Исследование воздействия волновых факторов при строительстве морских нефтегазовых сооружений | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 30 ноября, печатный экземпляр отправим 4 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №16 (411) апрель 2022 г.

Дата публикации: 19.04.2022

Статья просмотрена: 153 раза

Библиографическое описание:

Зейналов, Акиф Халиг оглу. Исследование воздействия волновых факторов при строительстве морских нефтегазовых сооружений / Акиф Халиг оглу Зейналов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 16 (411). — С. 89-91. — URL: https://moluch.ru/archive/411/90500/ (дата обращения: 19.11.2024).



В работе исследуются основные динамические нагрузки на элементы систем морских нефтегазовых построек и на основе полученных данных выявляются условия, характеризующие волновые нагрузки. Приведены основные итоги теоретических, а также опытных исследований волнового влияния на компоненты систем морских нефтегазовых построек. Предложен метод расчета волновых нагрузок для основной оценки состояния вертикальных свай морских оснований.

Ключевые слова: морские нефтегазовые постройки, неподвижные платформы, волновой фактор, волновое давление, трубчатая свая, постройка, волновое влияние, глубина моря, нагрузка.

Существенная часть углеводородных ресурсов (нефти, газа, газового конденсата) добывается из морских месторождений. Бурение разведочных, а также эксплуатационных скважин при этом производится, в основном, на морских платформах. Компоненты системы данных построек находятся под влиянием разных нагрузок, например морского волнения. На Каспийском море волновые нагрузки обретают особенную роль. Опыт эксплуатации морских месторождений Каспия показывает, что подобные волновые нагрузки могут вызывать сильные повреждения эстакадных построек, морских стационарных платформ, а также иных построек.

Верная оценка различных динамических нагрузок, в том числе волновых нагрузок на разнообразные компоненты систем морских нефтегазовых построек на стадии их проектирования, обретает особенную важность.

Постановка задачи. С целью определения влияния волновых нагрузок на разнообразные постройки в международной практике чаще всего применяются две методики: расчет по формуле Морисона и методика, основанная на гидродинамической теории. Первая методика позволяет более детально учитывать нелинейный характер волн, а также рассчитывать нагрузки волн конечной высоты. Однако, ее использование допустимо исключительно для построек, состоящих из элементов с величинами много меньше длины волны. Кроме того, данная методика исключает вероятность учета взаимного гидродинамического воздействия компонентов системы либо рядом находящихся корпусов других строений.

Вторая методика учитывает дифракционные эффекты и взаимное гидродинамическое воздействие. Однако, методика гидродинамической теории предлагает меньше возможностей для вычисления нагрузок для волн конечной высоты. Для многих построек материкового шельфа, обладающих крупными размерами и представляющих собой непростые конструкции, эта методика предлагает наиболее точные результаты, так как принимает во внимание сложные процессы обтекания тел жидкостью. При рассмотрении поведения построек, как правило, выполняется вычисление волновых нагрузок от регулярных либо нерегулярных волн. В общем случае морское волнение может быть показано одной из популярных моделей спектра волнения, что нетрудно представить как совокупность простых гармоний с рассчитываемой амплитудой, частотой, а также случайной фазой.

Методика и результаты исследований. Форма и размеры волн зависят от длины разгона волны, водоема (участка моря) и скорости ветра, поэтому при рассмотрении волнового процесса необходимо учитывать именно эти параметры. Остановимся на составляющих процесса формирования волн. Участки моря подразделяются на глубокие, если глубина воды Н более половины длины волны А, и мелкие, если глубина воды Н < 0,5А. В морской практике различают четыре зоны водоема по глубине воды.

Первая зона — глубоководная, в пределах которой влияние дна на волновой процесс отсутствует; в первой зоне — Н > 0,5А. Вторая зона — мелководная, влияющая на волновой процесс; во второй зоне — 0,5А > Н > Нкр — глубина, на которой начинается разрушение волн. Третья зона — прибойная, в пределах которой начинается и завершается разрушение волн. Четвертая зона — прирезная, в которой полностью разрушенные волны набегают (накатывают) на берег или откос сооружения.

Имеющаяся теоретическая основа относительно возникновения волн, их ключевых характеристик и распределения в пространстве, а также многолетний опыт эксплуатации морских нефтегазовых построек предоставили возможность научно обосновать активные нормы и принципы по проведению волновых расчетов данных построек.

Последующее изучение волнового влияния на морские постройки и, в особенности, возможность компьютерного моделирования привели к созданию новейших программных комплексов по выполнению волнового расчета. В лаборатории «Нефтгазелмтедгигат» (SOCAR, Азербайджан) на протяжении многих лет исследования волновых нагрузок на морские нефтегазовые постройки был накоплен широкий общенаучный материал. Моделирование волнового влияния, а также развитие значения волнового давления как выходного параметра представлялось следующим способом. Волновой профиль образуется наложением переносного перемещения частиц воды под воздействием ветра и орбитального движения элементов. Волновое давление создается с высокоскоростной и инерциальной составляющей. Важнейшими начальными условиями воздействия считаются длина волны (L), высота волны (h), глубина моря (H), диаметр трубчатой сваи (D), плотность морской воды (γ). Волновое давление, учитывая глубину моря, постепенно будет сокращаться и, начиная с определенной глубины, его волновое влияние на трубчатую сваю можно считать незначительным и не принимать во внимание.

Алгоритм волнового расчета можно показать следующими последовательными этапами.

Этап 1. Ввод исходных данных (глубина моря, длина волны, высота волны, диаметр трубчатой сваи, плотность морской воды).

Этап 2. Расчет орбитального движения частиц (рассчитываются радиусы эллиптических орбит для частиц воды). Расчет производится на этом и на всех последующих шагах по 6 точкам, которые последовательно откладываются от спокойного уровня моря с шагом 0,2H.

Этап 3. Расчет переносного движения частиц под действием ветра (вычисляются скорости движения частиц, которые дальше учитываются при расчете скоростной составляющей волнового давления).

Этап 4. Расчет ускорения частиц жидкости (полученные значения используются при расчете инерционной составляющей волнового давления).

Этап 5. Расчет скоростной и инерционной составляющей волнового давления и конечного значения волнового давления как суммы этих составляющих.

Этап 6. Построение эпюры волнового давления и расчет изгибающего момента от волнового воздействия на трубчатую сваю.

Предложенный алгоритм волнового расчета представлен в виде блок-схемы (рис. 1).

Блок-схема алгоритма волнового расчета

Рис. 1. Блок-схема алгоритма волнового расчета

Выводы. Таким образом, проведено исследование главных параметров волнового воздействия на морские нефтегазовые постройки. В качестве основных факторов воздействия установлены глубина моря, длина и высота волны, диаметр трубчатой сваи, а также плотность морской воды. Главным итоговым показателем является величина волнового давления. Предложен метод расчета волнового давления на трубчатую сваю в виде суммы высокоскоростной и переносной составляющей. Представленный метод дает возможность создать эпюру волнового давления и обнаружить более негативные точки приложения волновой нагрузки на строительство.

Литература:

  1. Ибрагимов А. М. Нефтегазопромысловые гидротехнические сооружения. — М.: Недра, 1996. — 528 с.
  2. Халфин И. Ш. Воздействие волн на морские нефтегазопромысловые сооружения. — М.: Недра, 1990. — 185 с.
  3. Мамедов Ф. А. Обустройство морских нефтяных и газовых месторождений. — Баку: Элм, 1997. — 140 с.
  4. Отраслевой стандарт ОСТ 51.01–11–87. Паспорт гидрометеорологический морского нефтегазового месторождения. Состав, сооружение и порядок разработки Гипроморнефтегаз. — Баку, 1988.
  5. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов): Строительные нормы и правила — СНИП 06.04.82. — М.: ЦИТС Госстроя СССР, 1986.
  6. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования: Строительные нормы и правила — СНИП 06.01–86. — М.: ЦИТС Госстроя СССР, 1987.
  7. Нагрузки и воздействия: Строительные нормы и правила — СНИП2 01.07–85. — М.: ЦИТС Госстроя СССР, 1982.
Основные термины (генерируются автоматически): волновое давление, трубчатая свая, волновое влияние, глубина моря, постройка, волновой расчет, нагрузка, волновой процесс, высота волны, морская вода.


Ключевые слова

нагрузка, морские нефтегазовые постройки, неподвижные платформы, волновой фактор, волновое давление, трубчатая свая, постройка, волновое влияние, глубина моря

Похожие статьи

Применение сильфонных компенсаторов на трубопроводах при обустройстве кустов скважин

Целью данной статьи является освещение проблемы разработки новых технологических решений обустройства кустовых площадок месторождений в Тюменской области. Авторами определяются возможность и целесообразность использования сильфонных компенсаторов на ...

Обеспечение безопасности существующих зданий при новом строительстве

В данной статье дан обзор различных факторов, влияющих на напряженно-деформированное состояние грунтового массива. Рассмотрены различные методы учета взаимного влияния вновь возводимых зданий на здания окружающей застройки. Поднят вопрос недостаточно...

Закономерности формирования структуры пеноминеральных смесей при производстве ячеистых строительных материалов

В статье приводятся результаты исследований, направленных на выявление закономерностей формирования наполненных пен, широко используемых в производстве пористых строительных материалов — пенобетонов, ячеистой керамики, пеностекла и др. В результате п...

Оценка влияния формы башенной оросительной градирни из монолитного железобетона на восприятие ветровых нагрузок

В данной работе представлена оценка влияния формы башенной градирни из монолитного железобетона на восприятие ветровых нагрузок. Проведен анализ влияния воздействия ветра на три математические модели башни на основе расчета в программном комплексе SA...

Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур

В статье анализируются факторы, влияющие на эффективную работу таких ответственных систем мобильных машин как трансмиссия и гидропривод, и в особенности под действием низких температур окружающего воздуха. Раскрывается методика и результаты проведенн...

Результаты исследований процесса фильтрации в теле грунтовой плотины и её химическое влияние на пьезометры

В статье приводится определение градиентов фильтрационного потока в теле плотины, анализ причин их изменения по поперечному сечению на примере плотины Ташкентского водохранилища. Кроме того, проанализирован химический состав воды в пьезометрах, опред...

Экологические проблемы строительства трубопровода

Статья исследует текущее состояние и вызовы развития нефтегазовой отрасли в регионах с многолетнемерзлыми породами, ключевых поставщиках нефти и газа в России. Обсуждаются экологические проблемы, связанные с прокладкой и эксплуатацией трубопроводов в...

Обоснование применения геомеханических моделей при разработке нефтяных месторождений

В данной статье приведено понятие геомеханического моделирования. Приведён результат использования геомеханической модели на Приобском месторождении. Указаны основные проблемы разработки месторождений, решаемые геомеханическим моделированием. Обознач...

Расчет надежности железобетонных элементов конструкций

В работе приводится анализ надежности железобетонного изделия. В качестве объекта изучения рассматривается железобетонная балка. Исследованы особенности изменения физико-механических свойств бетона во времени. Построена функция надежности железобетон...

Методика количественного анализа эффективности систем заводнения

В данной статье рассматривается разработка и применение методики количественного анализа для оценки эффективности систем заводнения нефтяных месторождений. Основное внимание уделяется анализу различных подходов к моделированию потоков пластовых флюид...

Похожие статьи

Применение сильфонных компенсаторов на трубопроводах при обустройстве кустов скважин

Целью данной статьи является освещение проблемы разработки новых технологических решений обустройства кустовых площадок месторождений в Тюменской области. Авторами определяются возможность и целесообразность использования сильфонных компенсаторов на ...

Обеспечение безопасности существующих зданий при новом строительстве

В данной статье дан обзор различных факторов, влияющих на напряженно-деформированное состояние грунтового массива. Рассмотрены различные методы учета взаимного влияния вновь возводимых зданий на здания окружающей застройки. Поднят вопрос недостаточно...

Закономерности формирования структуры пеноминеральных смесей при производстве ячеистых строительных материалов

В статье приводятся результаты исследований, направленных на выявление закономерностей формирования наполненных пен, широко используемых в производстве пористых строительных материалов — пенобетонов, ячеистой керамики, пеностекла и др. В результате п...

Оценка влияния формы башенной оросительной градирни из монолитного железобетона на восприятие ветровых нагрузок

В данной работе представлена оценка влияния формы башенной градирни из монолитного железобетона на восприятие ветровых нагрузок. Проведен анализ влияния воздействия ветра на три математические модели башни на основе расчета в программном комплексе SA...

Обеспечение работы мобильных машин в условиях отрицательных температур

В статье анализируются факторы, влияющие на эффективную работу таких ответственных систем мобильных машин как трансмиссия и гидропривод, и в особенности под действием низких температур окружающего воздуха. Раскрывается методика и результаты проведенн...

Результаты исследований процесса фильтрации в теле грунтовой плотины и её химическое влияние на пьезометры

В статье приводится определение градиентов фильтрационного потока в теле плотины, анализ причин их изменения по поперечному сечению на примере плотины Ташкентского водохранилища. Кроме того, проанализирован химический состав воды в пьезометрах, опред...

Экологические проблемы строительства трубопровода

Статья исследует текущее состояние и вызовы развития нефтегазовой отрасли в регионах с многолетнемерзлыми породами, ключевых поставщиках нефти и газа в России. Обсуждаются экологические проблемы, связанные с прокладкой и эксплуатацией трубопроводов в...

Обоснование применения геомеханических моделей при разработке нефтяных месторождений

В данной статье приведено понятие геомеханического моделирования. Приведён результат использования геомеханической модели на Приобском месторождении. Указаны основные проблемы разработки месторождений, решаемые геомеханическим моделированием. Обознач...

Расчет надежности железобетонных элементов конструкций

В работе приводится анализ надежности железобетонного изделия. В качестве объекта изучения рассматривается железобетонная балка. Исследованы особенности изменения физико-механических свойств бетона во времени. Построена функция надежности железобетон...

Методика количественного анализа эффективности систем заводнения

В данной статье рассматривается разработка и применение методики количественного анализа для оценки эффективности систем заводнения нефтяных месторождений. Основное внимание уделяется анализу различных подходов к моделированию потоков пластовых флюид...

Задать вопрос