Упругие МСП

Обычно при проектировании МСП статическую прочность конструкции рассчитывают на действие максимальных нагрузок, повторяющихся один раз в 100 лет, и производят поверочный расчет на динамические и циклические нагрузки.

Упругой башней называют относи­тельно тонкую стальную пространственную ферму из стержней с довольно равномерным по высоте расстоянием между горизон­тальными поясами.

К классу упругих башен относят находящуюся в эксплуата­ции в Мексиканском заливе на глубине 305 м МСП «Лена». Конструкция ее представляет собой ферму квадратного сечения со стороной квадрата 36,6 36,6 м, высотой 320 м и массой 21 тыс. т. В верхней части фермы имеется 16 опор диаметром 1220 мм, на которых установлено верхнее строение. Нижняя часть башни имеет 12 таких опор. В пределах верхней половины башни размещены 12 понтонов диаметром 6,1 м, длиной 36,6 м, обеспечивающие 9100 т плавучести. Понтоны стабилизируют платформу, уменьшают давление на фундамент, значительно об­легчают монтаж платформы и оттяжек.

Используя опыт эксплуатации МСП «Лена», фирма «Эксон» изучила шесть проектов глубоководных МСП, разработанных специалистами фирмы. Нагрузки от окружающей среды и гра­витационные, действующие на МСП «Лена», распределяются на сваи, оттяжки, инерционность конструкции и понтоны. Перерас­пределяя эти нагрузки на перечисленные узлы конструкции, можно достичь оптимального варианта решения конструкции. Например, вес палубы можно передать на сваи или компенси­ровать подъемной силой понтонов. Понтоны, кроме этого, ком­пенсирую горизонтальные силы, обеспечивая устойчивость платформы, уменьшают или полностью снимают нагрузки на оттяжки. Инерция основания увеличивает период боковых колебаний, снижает их амплитуду и соответственно снижает динамические на­грузки на оттяжки и сваи.

Рис. 6. Схема распределения нагрузок между основными элементами конструкции упругих башен

Разница в вариантах проектов упругих башен заключается в способах, которыми достигается заданный период колебаний, и оп­ределяется волновыми нагрузками, их воздействие перераспреде­лялось между основными элементами конструкции (рис. 6, 7).

Рис. 7. Схемы упругих платформ: 1 - башня с оттяжками; 2 - плавучая башня; 3 - башня с оттяжками и жестким основанием; 4 - гибкая башня; 5 - упругая свайная башня; 6 - упругая свайная башня с жестким основанием

Гибкая башня рассматривалась как вариант обычной свайной ферменной конструкции, у которой основание закреплено, а жест­кость фермы уменьшена настолько, чтобы достигался большой пе­риод основных колебаний гибкого стержня. Период вторичных ко­лебаний должен быть небольшим, чтобы обеспечить стойкость к усталостным разрушениям. Под периодом основных колебаний гибкого стержня понимается период поперечных колебаний, а под периодом вторичных колебаний гибкого стержня — период изгибных колебаний.

Рис. 8. Крепление свай к опорам платформы: 1 - свая, приваренная к направляющей втулке; 2 - свая свободно проходит через направляющую втулку; 3 - узел крепления направляющей втулки к главной опоре; 4 - нижняя удлиненная направляю­щая втулка

Период поперечных ко­лебаний задавался 25 с. Максимальный период изгибных колеба­ний выбирался около 7 с. При этом обеспечивалась стойкость к усталостному разрушению в условиях Мексиканского залива. Ре­зультаты исследований приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты исследований вариантов проектов упругих башен фирмой «Эксон»

* Для балластировки плавучей башни требуется 45 тыс. т железной руды.

Рис. 9. Схема платформы РВР: 1 - палуба массой 30 тыс. т; 2 - крепление осевых свай на отметке + 10 м; 3 - сочленение верхней и нижней секций (плоскость сочленения): 4 - балластные камеры; 5 - нижние понтоны; 6 - верх­ние понтоны; 7 - 26 периферийных свай, воспринимающих горизонтальную нагрузку и работающих на срез; 8 - семь осевых свай; 9 - 20 опор переменного сечения

Башня (рис. 9) общей высотой 372 м, прямоугольного сечения 58 44 м состоит из 20-ти опор переменного сечения 9 от 2012 мм в нижней части до 1524 мм в верхней части. Фундамент башни поднят над морским дном на 3 м. Башня состоит из двух секций. Верхняя секция длиной 155 м имеет 10 понтонов 6 размерами 14,6 80 м, и нижняя секция длиной 217 м имеет 6 понтонов размерами 14,6 20 м. Верхние понтоны расположены на 30 м ниже уровня моря. Они предотвращают колебания башни с периодом более 6 с. Десять балластных камер (понтонов) 4 размерами 14,6 20 снижают плавучесть всей платформы до нейтральной. Семь осевых свай 8 диаметром 1220 мм заглуб­лены на 110 м и возвышаются над морским дном на 360 м. Они привариваются к опорам башни на расстоянии 10 м от уровня моря 2. Количество и диаметр осевых свай выбраны из расчета обеспечения требуемой осевой жесткости, существенно снижа­ют период вертикальных колебаний, но не должны иметь зна­чительной жесткости при кручении.

26 периферийных свай диаметром 2134 мм воспринимают гори­зонтальные нагрузки и работают на срез. Они заглублены в мор­ское дно на 50 м. Расчетный период собственных колебаний башни по оси х составляет 65,2 с и по оси у — 52,2 с, что значительно боль­ше возможного периода волн. Первый период изгибных колебаний по обеим осям менее 4 с, что указывает на невозможность динами­ческой раскачки, так как волны с периодом менее 6 с большую на­грузку не создают. При максимальной штормовой нагрузке высота волн достигает 30 м, период волн 15 с, скорость течения меняется от 1,2 до 0,6 м/с у дна, скорость ветра на палубе 40 м/с.

При минимальных скоростях ветра и течения башня отклоняет­ся от вертикали на 1,12° и при волнении — на 2,52° (это такие же отклонения, что и у башни «Лена»).

Максимальные перемещения фундамента башни 680 мм. С уче­том этого для изготовления башни рекомендуется использовать сталь с пределом текучести 346 МПа. На уровне дна в сва­ях возникают более высокие на­пряжения, и для свай рекомен­дуется сталь с пределом теку­чести 438 МПа. Секции башни транспортируются на место установки и собираются в го­ризонтальном положении

Полупогружные платформы с натяжными опорами (ППНО)

В общем случае стоимость стационарных платформ увеличивается пропорционально величине, находящейся где-то между кубом и квадратом глу­бин воды. В особенности стои­мость стационарных платформ резко растет на глубинах более 300 м. В этих случаях, в целях снижения стоимости сооруже­ния, применяют ППНО. Ис­пользуются они также на глу­бинах меньше 200 м, на место­рождениях с малыми извлекаемыми запасами нефти.

Рис. 10. Платформа, установлен-ная на месторождении Хаттон в Северном море

ППНО представляют собой конструкцию, состоящую из полупогружной платформы, прикрепленной к морскому дну «специальными натяжными устройствами.

На рис. 10. приведен общий вид ППНО, установленной в Северном море на месторождении Хаттон.

Платформа состоит из следующих основных узлов: собственно платформы, включающей колонны 1 и понтоны 9, на которой уста­новлено буровое 2, 3 и промысловое оборудование, оборудование для подготовки и откачки нефти и вспомогательное оборудование 4, 5, 6, жилые помещения 8, вертолетная площадка 7.

Платформа удерживается в рабочем положении натяжными элементами 13 (трубами), которые крепятся к морскому дну якорными устройствами свайного типа 10, 11.

Подводная устьевая система состоит из опорной плиты 12, на которой размещено устьевое оборудование для извлечения нефти, соединенное системой стояков с платформой.

Дата добавления: 2014-12-29