Проектирование сквозной платформы на месторождении Орёл

Министерство образования и науки российской федерации

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА



Факультет

инженерной механики

Кафедра

автоматизации проектирования сооружений нефтяной и



газовой промышленности

Специальность

151000 «Морские нефтегазовые сооружения»







Оценка



«К защите»





Заведующий кафедрой







«_____» ___________ 2017 г.



(к.т.н., доцент Староконь И.В.)





«_____» ____________ 2017 г.

	(подпись секретаря ГЭК)







ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на тему

Проектирование сквозной платформы на месторождении Орёл





Пояснительная записка



Руководитель



Студент гр. 

ММ-13-12



д.т.н., профессор Гусейнов Ч.С.





Данг Нгуен Зуй Нян

(должность, степень, фамилия, инициалы)











		

(подпись)



		(подпись)







(дата)



(дата)



















Москва

2017	

Министерство образования и науки Российской Федерации

Российский государственный университет нефти и газа   (национальный исследовательский университет) 
имени И.М. Губкина

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕХАНИКИ

Кафедра автоматизации проектирования сооружений нефтяной и газовой промышленности

Специальность 151000 Группа ММ-13-12



ЗАДАНИЕ
на выпускную квалификационную работу

Студент

Данг Нгуен Зуй Нян

(фамилия, имя, отчество)

Тема выпускной квалификационной работы:

«Проектирование сквозной платформы

на месторождении Орёл»



Время выполнения работы с 01.03.2017 по 25.05.2017 г.

Руководитель работы

Гусейнов Ч.С.

(фамилия, инициалы)

д.т.н., профессор кафедры АПС

(должность, степень, место работы)

Тема выпускной квалификационной работы и руководитель утверждены приказом № 230-у  от «15» марта 2017 г.



Место выполнения работы

РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина,

кафедра автоматизации проектирования сооружений нефтяной и

газовой промышленности



Заведующий кафедрой

к.т.н., доцент Староконь И.В.

_____________           «___» ___________ 201_ г.

Задание принял к исполнению «01» марта 2017 г.

(подпись студента)






1. Содержание задания по профилирующему разделу работы 



Выполнить анализ природно-климатических данных  месторождения 

Орёл;

Сконструировать опорной блок платформы;

Расcчитать опорной блок на прочность;

3d-моделирование платформы;

Управление проектами.





2. Исходные данные к работе



Глубина моря h = 120,5 м, расстояние от берега 270 км;

Природно-климатические условия месторождения Орел;

Производительность газа 687 млн. м3  в год. Конденсатный фактор 

месторождения составляет 194 г/м3.



3. Перечень графического материала

	

	Рисунок 1 Расположение месторождения Орёл

	Рисунок 2 Годовая производительность месторождения Орёл

	Рисунок 3 Схема подготовки газа и конденсата к транспорту

	Рисунок 4 Температура воздуха

	Рисунок 5 Температура воды

	Рисунок 6 Роза повторяемости направлений ветра

	Рисунок 7 Роза наибольших скоростей ветра

	Рисунок 8 Роза повторяемости высот волн по направлениям

	Рисунок 9 Роза наибольших высот волн по направлениям

	Рисунок 10 Роза приповерхностного течения по повторяемости

	Рисунок 11 Роза максимальных скоростей приповерхностного течения

	Рисунок 12 Роза придонного течения по повторяемости

	Рисунок 13 Роза максимальных скоростей придонного течения

	Рисунок 14 Ориентация опорного блока МСП по частям света

	Рисунок 15Вид сверху опорного блока

	Рисунок 16 Допускаемые значения в сварных соединениях

	Рисунок 17 План верхнего строения

	Рисунок 18 Конечно-элементные схемы опорного блока сквозной конструкции

	Рисунок 19 Модель платформы в программе SACS

	Рисунок 20 Волновые нагрузки

	Рисунок 21 Веторвые нагрузки

	Рисунок 22 Нагрузки от течение

	Рисунок 23 Расчет на прочность в программе SACS

	Рисунок 24 Результат расчета на прочность

	Рисунок 25 Результат расчета на прочность после замена толщины стенки

	Рисунок 26 Каналы выхода информации из базы данных

	Рисунок 27 Сетка платформы

	Рисунок 28Опоры платформы

	Рисунок 29 Горизонты

	Рисунок 30 Раскосы уровней

	Рисунок 31 Раскосы на панелах

	Рисунок 32 Верхнее строение платформы

	Рисунок 33 Верхнее строение платформы с оборудованиями

	Рисунок 34 Общий вид платформы

	Рисунок 35 Сетевая модель процесса проектирования платформы

	Рисунок 36 Календарный график работ при проектировании платформы





4. Задание и исходные данныепо разделу Безопасность и экологичность

1) Определение числа пеногенераторов и расхода пенообразователя для 

тушения пожара в случае возгорания метанола в емкости его хранения.

2) Определение предельно допустимых концентрации (ПДК) веществ,

выбрасывающихся в атмосферу





Подпись консультанта _____________________________



5. Рекомендуемая исходная литература



1) Носков Б.Д. Сооружения континентального шельфа. – М.: МИСИ, 

1986.

2) ВСН 51.3-85. Проектирование морских стационарных платформ. 

Мингазпром СССР. – М.: НИПИ “Гипроморнефтегаз”, 1985.



Подпись руководителя выпускной квалификационной работы__________________




КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК ПО РАЗДЕЛАМ РАБОТЫ



№ п/п

Перечень 
разделов проекта

Срок 
выполнения

Отметки о выполнении

1



Анализприродно-климатических данных  месторождения Орел

01.03 – 15.03

Выполнено

2

Сконструировать опорной блок платформы

16.03 – 31.03

Выполнено

3

Расcчитать опорной блок на прочность

01.04 – 20.04

Выполнено

4

3d-моделирование платформы

21.04 – 20.05

Выполнено

5

Управление проектами

20.05 – 25.05

Выполнено





Составлен «01» марта 2017 г.











(Подпись руководителя)



(Подпись студента)






АННОТАЦИЯ

Тема дипломной работы: «Проектирование сквозной платформы на месторождении Орёл».

Дипломная работа выполнена студентом группы ММ-13-12, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина: Данг Нгуен Зуй Нян.

Дипломная работасостоит из 5 разделов:

В первом разделе проведено обоснование выбора концепции платформы;

Во втором разделе предварительно рассчитаны размеры элементов платформы: диаметр стойки и диаметр раскос;

В третьем разделе проведён расчет конструкции опорного блока на прочность при действии различных нагрузок с использованием программы SACS на основе метода конечных элементов;

В четвертом разделе выполнено 3d-моделирование в программе AVEVAEverything-3d; 

В пятом разделе построена диаграмма Ганта, позволяющая определить как сроки отдельных операций, так и всего проекта в целом.

Работа изложена на 69 листах, включает в себя 13 таблиц, 36 рисунков,  3 чертежа, 3d-модель.




Содержание

Введение	11

1.	Описание месторождения Орёл	12

1.1. Основные характеристики	12

1.2. Элементы проекта освоения месторождения Орёл	12

1.3. Состав пластовой продукции месторождения Орёл	13

1.4. Подготовка газа и конденсата к транспорту	13

2.	Природные условия в районе месторождения Орёл	16

2.1. Гидрометеорологические условия	16

2.1.1. Температура воздуха	16

2.1.2. Температура воды	16

2.1.3. Плотность воды	16

2.1.4. Ветер	16

2.2. Гидрологические условия	20

2.2.1. Волнение	20

2.2.2. Течение	22

2.2.3. Уровень воды и приливно-отливное явление	26

2.2.4. Шторм	26

2.2.4. Сейсмичность	26

3.	Конструирование платформы для месторождения орёла	27

3.1. Выбор концепции платформы	27

3.2. Основные требования при проектировании платформы сквозного типа	27

3.3. Конструирование платформы	28

3.3.1. Ориентация платформы	28

3.3.2. Высотная отметка верхнего строения	29

3.3.3. Размер пирамидальных опорных блоков у дна	31

3.3.4. Размер элементов опорных блоков	31

3.3.5. Сварные соединения в узлах	33

3.3.6. Верхнее строение платформы	34

4.	Нагрузки и расчет на прочность	36

4.1. Нагрузки	36

4.1.1. Ветровые нагрузки	36

4.1.2. Нагрузки от волн и течения	40

4.2. Расчет на прочность	40

4.2.1. Основные положения по расчету сооружений	40

4.2.2. Основные понятия МКЭ	43

4.3. Расчет нагрузки и расчет на прочность с помощью ЭВМ	45

4.3.1. Построить модель в программе SACS:	45

4.3.2. Вводить данные нагрузок воздействий и вес платформ	49

4.3.3. Расчитать прочность элементов платформы с модулем Analysics Generator	50

5.	3d-моделирование в программе AVEVA	53

5.1. Описание AVEVA Everything3D	53

5.2. Процесс 3d-моделирования проектирования платформы Орёл в AVEVAEverything3D	57

6.	Управление процессом проектирования платформы	62

Заключение	69

Список литературы	70






Введение

Газоконденсатное месторождение Орёл находится на шельфе юга Вьетнама. Это месторождение считается перспективным, и для освоения этого месторождения необходимо проектировать платформу с применением различных систем автоматизированного проектирования и управления проектами. 

Задача автоматизации проектирования нефтегазовой морской платформы является чрезвычайно важной и актуальной, так как ее решение обеспечит сокращение сроков внедрения в производство новых проектно-конструкторских разработок и повышение его эффективности.

Цель дипломной работы заключалась в том, чтобы исследование и проектирование опорного блока стационарного типа с использованием различных систем автоматизированного проектирования и управления проектами.

В дипломной работе рассмотрены следующие вопросы проектирования платформы:

- проектирование опорной части;

- определение нагрузок, действующих на платформу;

- расчет конструкции на прочность;

- 3d – моделирование платформы;

- управление процессом проектирования.


Описание месторождения Орёл

1.1. Основные характеристики

Thien Ung (перевод на русский – Орёл) месторождение представляет собой газоконденсатное месторождение. Это месторождение расположено в блоке 04.3 в бассейне Nam Con Son, от месторождения Dai Hung 15 км и от берега города Вунг Тау 270 км. Площадь блока 04.3 составляет около 2600 км2 (см. карту Вьетнама на рисунке 1).



Рисунок 1Расположение месторождения Орёл

1.2. Элементы проекта освоения месторождения Орёл

Запасы месторождения Орёл позволяют поддерживать уровень 687млн. м3  в год в течение 25 лет. Это уровень полностью обеспечит производство энергии на электростанциях, заводы, производящие цемент, а также обеспечит потребность населения города Вунг Тау. 


Ниже на рисунке2 представлен график добычи пластовых продукций (ПП) по годам   



Рисунок 2Годовая производительность месторождения Орёл

1.3. Состав пластовой продукции месторождения Орёл

В таблице 1 представлен процент компонентов (моль %).

Конденсатный фактор месторождения составляет 194 г/м3.

1.4. Подготовка газа и конденсата к транспорту

Схема подготовки газа и конденсата к транспорту приведена в рисунке 3.

Природный газ с конденсатом, поступающий из скважин, содержат в виде примесей твердые частицы (песок, окалина), пары воды, углекислый газ и другие. Задачами подготовки газа являются его очистка от этих примесей.

Газ поступает в сепаратор первой ступени, где происходиточистка газа от конденсата и механических примесей. Далее газ направляется в абсорбер, где газ осушается гликолем, и подается в компрессор или для нужд. Газ из выхода компрессора направляется в газопровод с давлением 16 МПа.


Таблица 1Состав пластовой продукции месторождения Орел

Компоненты

моль %

Компоненты

моль %

CO2

9.65

C9

0.297

N2

0.385

C10

0.245

CH4

70.151

C11

0.147

C2H6

7.877

C12

0.128

C3H8

4.581

C13

0.105

iC4H10

1.124

C14

0.078

nC4H10

1.334

C15

0.065

iC5H12

0.553

C16

0.044

nC5H12

0.388

C17

0.022

 C6

0.782

C18

0.019

 C7

0.845

C19

0.019

 C8

0.582

C20+

0.579



Рисунок 3 Схема подготовки газа и конденсата к транспорту


Конденсат после отделения из газа охлаждаетсятеплообменником и направляется в сепаратор, в котором отделяется от воды и примесей. Потом конденсат направляется насосом в газопровод и транспортируется к берегу вместе с газом.


Природные условия в районе месторождения Орёл

2.1. Гидрометеорологические условия

2.1.1. Температура воздуха

Среднегодовая температура воздуха моря составляет 27,10С, максимальная – 390С, минимальная – 210С.

2.1.2. Температура воды

Среднегодовая температура воды на поверхности моря составляет 27,10С, максимальная – 31,90С, минимальная – 23,10С.

2.1.3. Плотность воды

Плотность воды составляет 1025 кг/м3.

2.1.4. Ветер

Район месторождения “Орёл” находится в зоне муссонных ветров. С ноября по март преобладают ветра северно-восточных румбов (зимний муссон), а с мая по сентябрь здесь господствуют юго-западные ветры (летний муссон). Максимальная наблюдённая скорость ветра достигает 33,8 м/с.






Рисунок 4 Температура воздуха





Рисунок 5 Температура воды


Таблица 2 Распределение градаций скоростей ветра понаправлениям (%)

Градации скорости ветра, м/с

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

<2

0.56

0.30

0.87

0.54

0.61

0.54

0.36

0.21

2-3.9

0.36

0.93

2.79

1.38

1.54

1.80

1.24

0.56

4-5.9

0.30

2.03

3.91

0.71

1.35

3.15

2.47

0.49

6-7.9

0.15

3.23

3.68

0.13

0.56

4.16

3.48

0.38

8-9.9

0.22

4.53

3.20

0.02

0.28

4.27

4.54

0.20

10-11.9

0.31

5.62

2.62

0.02

0.20

2.96

3.46

0.11

12-13.9

0.29

5.62

1.62

0.01

0.05

1.17

1.54

0.06

14-15.9

0.31

4.52

0.78

-

0.02

0.29

0.56

0.03

16-17.9

0.21

2.85

0.38

-

0.01

0.12

0.21

-

18-19.9

0.10

1.11

0.11

-

-

0.03

0.07

0.01

20-21.9

0.05

0.33

0.03

-

-

-

0.01

0.01

22-23.9

0.02

0.12

0.01

-

-

-

0.01

-

24-25.9

-

0.02

-

-

-

-

-

-

26-27.9

-

-

-

-

-

-

-

-

>=28

-

-

-

-

-

-

-

-

Всего %

2.88

31.19

2.0

2.81

4.62

18.49

17.95

2.07

Средняя (м/с)

8.4

11.4

7.6

3.4

4.6

7.7

8.5

5.7

Макс. (м/с)

24.2

25.1

24.2

13.8

16.3

26.0

23.2

21.0



По данным, приведенным в таблице2, строим розу повторяемости направлений ветра (рисунок6) и розу наибольших скоростей ветра (рисунок7).




Рисунок 6 Роза повторяемости направлений ветра



Рисунок 7 Роза наибольших скоростей ветра


2.2. Гидрологические условия

2.2.1. Волнение

Максимальная наблюденная высота на районах месторождения “Орёл” составляет 10.5 м, а наибольший период – 16 сек. В переходной период (апрель – май) высота волн более 3-х метров наблюдается очень редко. Сезон юго-западных муссонов характеризуется более умеренной волновой активностью, максимальная высота волн в июле и в августе может достигать 6 метров и более.Наиболее волно-опасное направление – северо-восточное. 

Таблица 3Распределение градаций высот волн понаправлениям (%)

Градация высот волн, м

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

0-0.4

0.08

0.61

1.19

0.62

0.74

1.48

0.40

0.07

0.5-0.9

0.11

3.62

4.24

1.02

1.15

4.78

3.76

0.27

1.0-1.4

0.06

5.80

3.13

0.28

0.40

5.22

4.62

0.23

1.5-1.9

0.09

8.51

1.77

0.07

0.17

6.08

4.39

0.14

2.0-2.4

0.02

7.97

0.58

0.02

0.03

3.11

2.19

0.05

2.5-2.9

0.04

6.98

0.25

0.01

0.02

1.56

0.82

0.05

3.0-3.4

0.01

5.79

0.06

-

0.01

0.54

0.31

0.02

3.5-3.9

0.01

2.61

0.01

-

-

0.08

0.04

0.01

4.0-4.4

0.02

1.31

-

-

-

0.01

0.01

-

4.5-4.9

-

0.22

-

-

-

0.01

-

-

5.0-5.4

-

0.10

-

-

-

-

-

-

5.5-5.9

-

0.02

-

-

-

-

-

-

6.0-6.4

-

0.01

-

-

-

-

-

-

Сумма

0.45

43.54

11.22

2.01

2.53

22.87

16.55

0.84

Средняя (м)

1.4

2.2

1.1

0.7

0.8

1.5

1.5

1.2

Макс. (м)

4.4

6.1

3.9

2.8

3.2

4.9

4.0

3.9






Рисунок 8 Роза повторяемости высот волн по направлениям



Рисунок 9 Роза наибольших высот волн по направлениям

По данным, приведенным в таблице 2.2.1, строим розу повторяемости высот волн по направлениям (рисунок8) и розу наибольших высот волн по направлениям (рисунок9).

2.2.2. Течение

Режим течения формируется под влиянием муссонов и приливно-отливных явлений общей циркуляции всего моря. Максимальная расчетная скорость поверхностного течения, возможная 1 раз в 100 лет может достигнуть в апреле 220,4 cм/с, а максимальная придонная скорость – 154,2 cм/с. 

Таблица 4Распределение приповерхностного течения по направлениям

Градация скоростей течения, м/с

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

0-9

2.34

2.26

1.70

2.55

2.27

2.58

1.70

2.27

10-19

2.35

4.23

2.82

1.84

1.95

3.92

2.60

2.91

20-29

1.65

5.04

3.03

0.92

0.60

4.60

3.20

1.95

30-39

0.88

4.62

3.25

0.34

0.17

3.54

3.05

1.00

40-49

0.21

2.51

2.69

0.14

0.05

2.00

1.93

0.30

50-59

0.02

1.48

1.98

0.09

0.01

1.14

1.04

0.08

60-69

-

0.66

1.31

0.07

0.01

0.55

0.43

0.03

70-79

-

0.31

0.84

0.04

-

0.20

0.14

0.01

80-89

-

0.16

0.51

0.03

-

0.09

0.05

0.01

90-99

-

0.07

0.26

0.02

-

0.03

0.03

-

100-109

-

0.04

0.11

0.01

-

0.01

0.01

-

110-119

-

0.04

0.03

-

-

0.01

-

-

120-129

-

0.02

0.03

-

-

-

-

-

130-139

-

-

-

-

-

-

-

-

140-149

-

-

-

-

-

-

-

-

Сумма

7.45

21.43

18.57

6.05

5.08

18.68

14.18

8.55

Средняя (cм/с)

16.5

30.0

37.6

15.8

12.3

27.7

29.6

18.2

Макс. (cм/с)

72.0

135.0

147.0

113.0

105.5

122.0

117.0

95.0




Таблица 5Распределение придонного течения по направлениям

Градация скоростей течения, м/с

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

0-9

2.06

3.03

4.60

4.82

3.99

3.43

3.68

2.54

10-19

1.14

4.38

4.67

4.20

2.15

2.56

5.87

3.64

20-29

1.06

2.91

3.09

1.62

0.74

1.54

5.66

2.74

30-39

1.02

1.81

2.06

0.43

0.27

1.14

3.67

0.88

40-49

0.55

1.41

1.19

0.10

0.08

0.59

2.14

0.29

50-59

0.35

1.18

0.82

0.03

0.01

0.33

0.85

0.12

60-69

0.10

0.45

0.42

-

0.03

0.11

0.22

0.01

70-79

0.04

0.23

0.35

0.02

0.01

0.07

0.10

-

80-89

-

0.08

0.12

-

0.01

0.01

0.03

-

90-99

-

0.02

0.03

0.01

0.01

-

0.03

-

100-109

-

-

0.01

-

0.01

-

-

-

110-119

0.01

-

-

-

-

-

-

-

Сумма

6.33

15.51

17.37

11.24

7.30

9.78

22.24

10.21

Средняя (м/с)

21.8

25.6

23.4

13.2

12.0

19.4

24.4

18.0

Макс. (м/с)

111.4

94.0

107.5

95.2

106.1

85.9

99.6

61.0



По данным, приведенным в таблицах 4 и 5, строим розы течения по повторяемости(рисунки10 и 12) и розы максимальных скоростей течения(Рисунок11 и 13).






Рисунок 10Роза приповерхностного течения по повторяемости



Рисунок 11Роза максимальных скоростей приповерхностного течения






Рисунок 12Роза придонного течения по повторяемости



Рисунок 13Роза максимальных скоростей придонного течения


2.2.3. Уровень воды и приливно-отливное явление

Глубина района месторождения “Орёл” равна 120.5 м.Приливно-отливные колебания уровня моря носят неправильный суточный характер. Наибольшая отметка приливных колебаний над средним уровнем моря составляет 1,9 м, низшая – -2,3 м.

Таблица 6Основные характеристики уровня моря

Параметры

Повторяемостью 1 раз в

Период

100 лет

10 лет

5 лет

Прилив

1,9 м

1,9 м

1,9 м

Нижний  уровень воды

0 м

0 м

0 м

Отлив

-2,3 м

-2,3 м

-2,3 м

Штормовой нагон 

0,53 м

-

-

2.2.4. Шторм

Штормовой сезон начинается в июле и заканчивается в ноябре. В времени шторма скорость ветра достигает 28 - 32 м/с (11 по шкалам баллов Бофорта).

	2.2.4. Сейсмичность	

Сейсмичность в районе месторождения “Орёл” составляет 5 баллов по шкале Рихтера.


Конструирование платформы для месторождения орёла

3.1. Выбор концепции платформы

В соответствии с мировой практикой в освоении шельфа, глубина моря которого невелика, отсутствует лёд, и слабый грунт на поверхности дна моря, наиболее часто принимаются платформы сквозного типа. В условиях Вьетнама море – незамерзающее, глубина невелика (в районе нашего месторождения – глубина моря составляет120,5м), грунт слабый и по опыту проектирования платформы для освоения нефтегазовых месторождений на период около 30 лет платформа сквозного типа является надежной и экономичной.

3.2. Основные требования при проектировании платформы сквозного типа

После того, так принято решение о способах разработки и эксплуатации месторождения, то есть определены количество и расположение платформ и систем подготовки и транспорта, выбирается тип конструкции сооружений, возведение которых необходимо для осуществления поставленной задачи.

При проектировании любого сооружения, в этом числе и платформа сквозного типа, должны быть выполнены несколько следующих требований[1]:

Во первых конструкция платформы должна наилучшим образом обеспечить своему технологическому назначению.

Сооружение и его элементы должны быть запроектированы, чтобы была обеспечена их надежность и долговечность, то есть. сооружение должно быть воспринимать все виды нагрузок расчетного уровня в пределах предполагаемого его эксплуатации.

Должна быть обеспечена технологичность строительства платформа, для чего при проектировании необходимо учитывать существующие возможности изготовления, транспортировки и монтажа конструкции в месте установки ее в море. Сооружение должно быть экономичным, т.е. затраты на его проектирование, изготовление, монтаж и эксплуатацию должны быть минимальными.

Оптимальное решение конструкции платформы для конкретного месторождения может быть найдено при наличии надежных исходных данных, включающих в себя данные по условиям эксплуатации платформы, сведения об окружающей среды, грунтовых условиях на месте строительства и возможностях строительной технологии.

3.3. Конструирование платформы

3.3.1.Ориентация платформы

Конструктивное решение морской стационарной платформы (МСП) и ее ориентацию по частям света следует принимать таким, чтобы в направлении с наибольшими ветро-волновыми параметрами сооружение воспринимало возможно меньшее воздействие. При этом необходимо обеспечить размещение жилого модуля со стороны господствующих ветров [1]. 

Из график4-7 видно что по направлениям СВ-ЮЗ высота волн самая максимальная. По остальным направлениям параметры волн значительно ниже. Исходя из этого, принимаем ориентацию широкой стороны опорного блока под углом ? = 450 к северно-восточному направлению.

При такой ориентации МСП получаем, что по направлению наибольших нагрузок жесткость сооружения наибольшая. Такая ориентация к тому же соответствует более устойчивому положению блоков в закрепленном состоянии.




Ниже на рис 3.3.1 представлена ориентация опорного блока МСП 



C











Ю

Рисунок 14Ориентация опорного блока МСП по частям света

3.3.2. Высотная отметка верхнего строения

Высотное положение морских стационарных платформ должно назначаться с таким расчетом ветрового нагона и прилива, и нижней гранью надводных строений сооружения оставался просвет не менее 10% от высоты гребня волны [2]. 



где : 

 - отметка нижней грани надводных строений морской стационарной платформы;

- наивысший годовой уровень моря;

- высота гребя волны 0,1% обеспеченности в системе волн при обеспеченности расчетного шторма;

  - наибольший ветровой нагон.

 - наибольшая высота прилива по видам: полусуточный, суточный, неправильный суточный.


Данные в месторождении Орёл:

Глубина моря d=120,5 м, средние значения высоты, длины и периода волн расчетного шторма-  обеспеченностью 1 раз в 100 лет.

Длина разгона L = 150 км,  – скорость ветрового потока расчетного шторма при десятиминутном осреднении.

Решение

	Определяем параметр 



	По графику приложения AСП  38.13330[3] находим 



	Откуда .

	Определяем параметр 





	По графику приложения A СП  38.13330[3] находим



	Откуда 



	

По данным таблицы 6











Принимаем для расчета .


3.3.3. Размер пирамидальных опорных блоков у дна



Рисунок 15Вид сверху опорного блока

	Данные:

Размеры наотметке 7,2 м:

Ширина - 

Длина - 

Угол наклона: 0; 1:8; 1:6,5; 1:8 (Рисунок 3.3.3)

Отметка на дне -102,0м.

Расчет:

Высота

Ширина у дна



Длина у дна

	

3.3.4. Размер элементов опорных блоков

В таблице 7 приведены значения предельной гибкости элементов опорных блоков и ферм верхних строений платформ [4].

По предельным гибкостям, указанным в таблице 7, назначается предварительное значение диаметра элемента D, определяемое по формуле 



где l -  геометрическая длина элемента решетки блока

Для стоек  , по таблице 3.4.4.1., поэтому



Принимаем диаметр стоек  и можно определить это диаметр соответствует толщине трубы .

Для раскосов средняя длинная , по таблице 3.4.4. ?мах = 120, поэтому




Принимаем диаметр раскосов  можно определить это диаметр соответствует толщине трубы 

В таблице 8 приведены основные параметры и свойства труб

Таблица 7Значения предельной гибкости элементов платформ

	Элементы конструкции

	Предельная гибкость 

	сжатых элементов

1. Элементы блока:



а) стойки блока, опорные раскосы, передающие опорные реакции;

120

б) элементы связей и другие ненагруженные элементы

150

2. Элементы ферм верхнего строения платформы:



а) пояса ферм, опорные раскосы, передающие опорные реакции;

120

б)элементы связей и другие ненагруженные элементы

150

Таблица 8Основные параметры и свойства труб

Диаметр

Толщина 

Периметр 

Площадь сечения

Момент инерции

Материал

Удельный вес

мм

мм

мм

103мм2

109мм4

Марка стали

кг/м

D

t

?D

?Dt

0,79D3t

ГОСТ

19282-73



2300

50

7226

361

480

09Г2С

2630

940

25

2953

74

16



480




3.3.5. Сварные соединения в узлах

Оси элементов опорных блоков должны быть, как правило, центрированы во всех узлах по центрам тяжести.

Допускаемые значения в узлах приведены в рисунке 3.3.5



Рисунок 16 Допускаемые значения в сварных соединениях


3.3.6. Верхнее строение платформы

В таблице 9 представлена характеристика модулей верхнего строения.

Таблица 9 Модули верхнего строения

№№

п/п

Наименование

Масса, т

Габаритные размеры, м

Модули эксплуатационного комплекса

1

Компрессорная(2 шт.)

400

8х4х4

2

Насосная (4 шт.)

80

4х2х2

3

Сепаратор (8 шт.)

400

2.4х8



Итого

880



Модули энергетического комплекса

4

Электростанция(3 шт.)

1500

10х5х6

Модули жилого комплекса и жизнеобеспечения

5

Жилой комплекс и жизнеобеспечение

500

13.5х8х9

6

Вертолётный

145

15x15x2

7

Радиосвязь и СВКП

85

15х9х4



Итого

730



Прочие

8

Кран (1 шт.)

300



9

Спасательные шлюпки танкерного типа (6 шт.)

70

12х2.75х3.4

10

Прочие оборудования

520





Итого







Всего 

4730






На рисунок17 представлен генеральный план верхнего строения ЦТП.



Рисунок 17 План верхнего строения


Нагрузки и расчет на прочность

4.1. Нагрузки

4.1.1.Ветровые нагрузки

Нормативная ветровая нагрузка  на морские стационарные платформы и их конструктивные элементы должна определяться суммой статической и динамической  составляющих.

4.1.1.1. Статическая составляющая ветровая нагрузка

Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на сооружение должно определяться совокупностью составляющих ветровых нагрузок , на конструкции или их участки, а которые условно разбивается сооружение [4].



 - нормативное значение статической составляющей ветрового давления, определяемое по формуле:

	 - скоростной напор, кПа;

 - коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте, приведенный в таблице 10;		

 - расчетная площадь i-ой конструкции, определяемая по формуле:



- контурная площадь i-ой конструкции или ее участка, равная площади проекции конструкции или ее участка по наружному контуру на плоскость, перпендикулярному ветровому потоку, м2;

 - коэффициент заполнения, определяемый для решетчатых конструкций отношением суммарной площади проекций элементов конструкции к ее контурной площади;

 - аэродинамический коэффициент;

- коэффициент экранирования.

Таблица 10 Коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте

Высота над расчетным уровнем моря, м

До 10 

20

30

40

50

60

80

100

150

k

1.00

1.13

1.22

1.28

1.34

1.38

1.45

1.51

1.63

Таблица 11

Для блока из труб при 

а также из профилей



Значение коэффициент ?





Коэффициент заполнения ?





0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6 и выше



0.5

0.93

0.75

0.56

0.38

0.19

0



1

0.99

0.81

0.65

0.48

0.32

0.15



2

1

0.87

0.73

0.59

0.44

0.3



4

1

0.9

0.78

0.65

0.52

0.4



6

1

0.93

0.83

0.72

0.61

0.5

Для блока из труб при



a  - меньший из размеров наветренной грани;

b  - расстояние между фермами блока в направлении ветрового потока;

d  - наружный диаметр трубы.

Опорный блок - аэродинамический коэффициент рассчитывается по формуле



где



- аэродинамический коэффициентдля наветренной грани блока;





- площадь проекции i-ого элемента наветренной грани блока на плоскость, перпендикулярную ветровому потоку, и аэродинамический коэффициент этого элемента;





- количество плоских ферм конструкции блока, перпендикулярных направлению ветрового потока;





-коэффициент, определяемый по таб. 11

Для отдельных элементов опорного блока принимаются следующие значения аэродинамического коэффициента:

для труб: при ; при ;

для профилей: .

4.1.1.2. Динамическая составляющая ветровая нагрузка

Нормативное значение динамической составляющей ветровой нагрузки определяется системой инерционных сил , приложенных в центрах масс конструкций или их участков, на которые условно разбивается сооружение. В расчетах учитывается только первая форма колебаний сооружения, перемещения конструкций или их участков, подверженных ветровому потоку, принимаются равными перемещению морской стационарной платформы на уровне рабочей площадки (главной палубы)





- масса к-ой конструкции или участка, сосредоточенная в его центре, т;



- относительное горизонтальное перемещение центра к-ой массы при колебаниях сооружения по первой форме;



- коэффициент динамичности при колебаниях сооружения, определяемый по таблице12;



- коэффициент, учитывающий пространственную корреляцию пульсации скорости ветра по высоте,  допускается принимать;



- динамическая характеристика колебаний сооружения;



- характеристика пульсационной составляющей ветровой нагрузки на сооружение, кН;

- коэффициент пульсации скоростного напора, принимаемый по таблице13;



Таблица 12 Коэффициент динамичности при колебаниях сооружения



20

40

60

80

120

160

200

240

300



1,3

1,4

1,55

1,70

1,80

1,87

1,93

2,00

2,08



Таблица 13 Коэффициент пульсации скоростного напора

Высота середины конструкции, м

до 10

20

30

40

60

100

150



0,40

0,37

0,35

0,34

0,33

0,32

0,31






4.1.2.Нагрузки от волн и течения

Нагрузки от волн и течения на платформу и ее элементы определяются на основании уравнения Моррисона:



где



- коэффициенты скоростного и инерционного сопротивлений, определяемые в соответствии с разделом 2 СНиП 2.06.04-82[3];





- массовая плотность морской воды, т/м3;





- диаметр элемента, м;





- площадь сечения элемента по нормали к лучу волны и по лучу волны, м2;





- горизонтальная проекция суммарной скорости движения жидкости при волнении и течении;



u – скорость течения, м/с;





- горизонтальные проекции скорости и ускорения жидкости при волнении м/с и м/с2;



4.2. Расчет на прочность	

4.2.1. Основные положения по расчету сооружений

Расчет конструкций морских стационарных платформ следует выполнять по СНиП П-23-81 [5]и согласно требованиям ведомственных строительных норм по проектированию морских стационарных платформВСН 51.3-85.

Расчетную схему морских стационарных платформ следуетпринимать в виде пространственной конструкции с жесткими соединениями элементов в узлах с учетом совместной работы опорных блоков со свайным фундаментом. Выбор расчетных схем, а также методов расчета стальных конструкций необходимо производить с учетом использования ЭВМ. Для сложных конструкций морских стационарных платформ допускается расчетную схему принимать в виде отдельных пространственных опорных блоков с учетом их совместной работы и взаимного влияния.

При определении усилийв отдельных элементах и частяхсооружений нагрузки и воздействия должны приниматься в наиболее невыгодных, возможных при строительстве и эксплуатации положениях и сочетаниях.

При определении усилий в элементах решеток опорных блоков нагрузку от волн и течения допускается принимать в виде сосредоточенных сил, приложенных в узлах расчетной схемы конструкции. При проверке прочности элементов, непосредственно воспринимающих волновую нагрузку, должен также учитываться изгибающий момент от линейно распределенной нагрузки.

Оси элементов опорных блоков должны быть, как правило, центрированы во всех узлах по центрам тяжести сечений[4].

Расчетные схемы. В проектной практике опорные блоки рассчитывают методом конечных элементов на ЭВМ как пространственные фермы с жесткимиузлами. Пространственная конечно-элементная схема опорного блока строится легко; трубчатые элементы - стержни изображаются о.......................