Описаны системы, обеспечивающие удержание буровых судов в заданной точке океана. Приведены алгоритмы и программы расчета оптимальных с учетом статистических характеристик возмущающих воздействий в условиях Мирового океана.
Книга рассчитана на инженеров и научных работников, занятых созданием средств освоения Мирового океана.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава первая. Проблемы стабилизации движения судов различных типов
§ 1. Технические средства добычи полезных ископаемых Мирового океана
§ 2. Основные типы
§ 3. Силы, порождаемые волнением моря, и динамика движения в горизонтальной плоскости
§ 4. Силы, порождаемые ветром и течением
Глава вторая. Характеристики возмущающих воздействий
§ 1. Статистические характеристики случайных процессов
§ 2. Корреляционная функция
§ 3. Спектральная плотность мощности
§ 4. Энергетический спектр морского волнения и проблема малых частот
§ 5. Рекомендуемая аналитическая аппроксимация энергетического спектра возмущающих воздействий
Глава третья. Синтез оптимальных односвязных систем стабилизации и слежения
§ 1. Алгоритмы построения оптимальных операторов
§ 2. Проблема синтеза оптимальных систем управления и ее решение
§ 3. Физический смысл оптимального управления при случайных возмущающих силах
§ 4. Сопоставление с традиционными методами теории автоматического управления
§ 5. Поведение управляемых систем при отклонениях параметров от расчетных значений
§ 6. Обеспечение устойчивости при вариациях параметров и дополнительных технических требований к управляемой системе
§ 7. Гарантирующие регуляторы
§ 8. Оптимальное управление при ограничениях на модуль управляющего воздействия
§ 9. Управление по компромиссным критериям
§ 10. О составлении уравнений систем управления; декомпозиция систем; учет постоянной составляющей в возмущающем воздействии
§ 11. Общая характеристика методики синтеза и важнейших приложений
Глава четвертая. Оптимизация многосвязных систем управления
§ 1. Математические модели многосвязных систем управления
§ 2. Управление многомерными системами. Модальное управление
§ 3. Проблема оптимизации многомерных линейных систем
Глава пятая. Расчет оптимальных систем стабилизации для буровых судов
§ 1. Расщепление многомерной системы управления на одномерные системы
§ 2. Движение бурового судна при различных законах стабилизации
§ 3. Оптимизация по различным критериям качества
§ 4. Коррекция и реализация регуляторов
Глава шестая. Техническая реализация систем стабилизации положения буровых установок
§ 1. Средства информации систем автоматической стабилизации
§ 2. Средства активного удержания буровых судов в заданной точке
§ 3. Структуры систем динамической стабилизации буровых судов
§ 4. Координированное управление положением буровых полупогружных установок
Заключение
Приложение
Указатель литературы
Удаление районов буровых работ от береговых баз, сложность и малая скорость буксировки, а также небольшая автономность снижают эффективность использования полупогружных буровых установок. Поэтому для поискового и разведочного бурения в отдаленных районах применяют буровые суда. (рис.11).
Основным режимом эксплуатации буровых судов является бурение скважины (85-90% от всего времени эксплуатации судна). Поэтому форма корпуса и соотношение главных размерений определяются требованиями остойчивости и обеспечения стоянки с возможно малыми перемещениями. Вместе с тем форма корпуса должна соответствовать скорости передвижения судна 10-14 узлов и более. Характерная особенность для буровых судов - малое отношение ширины к осадке, равное 3-4.
| Рис. 11- Заякоренное буровое судно. |
Причем наблюдается тенденция уменьшения этого отношения (у судов «Пеликан», «Сайпем II» и др.), что можно объяснить расширением районов работы и требованиями повышения мореходности. Выбор главных размерений судна зависит от требуемой грузоподъемности, которая определяется расчетной глубиной бурения скважин и автономностью судна.
В практике бурения разведочных скважин на море широко применяют однокорпусные и многокорпусные самоходные и несамоходные суда. С середины 50-х до конца 70-х годов для бурения использовались только суда с якорной и закольной системами стабилизации, их удельный вес в парке плавучих буровых установок составлял 20-24 %. Область применения для бурения судов с якорной системой стабилизации ограничена глубинами моря до 300 м.
Новые перспективы в освоении морских месторождений открылись в 1970 г. благодаря созданию системы динамического позиционирования, использование которой позволило установить ряд рекордов по глубине разведываемых акваторий. С этого времени произошел относительно быстрый рост мирового парка судов для бурения на больших глубинах моря.
Примерами зарубежных судов с динамической системой стабилизации являются "Пеликан" (до глубины моря 350 м), "Седко-445" (до 1070 м), "Дисковерер Севен Сиз" (до 2440 м), "Пелерин" (до 1000 м первое и до 3000 м второе поколения), "Гломар Челенджер" (до 6000 м, фактически покорена глубина моря 7044 м), "Седко-471" (до 8235 м).
Самоходные буровые суда бывают однокорпусными и двухкорпусными (катамараны). В отечественных производственных организациях используются преимущественно однокорпусные. Обусловлено это меньшими капитальными затратами на их изготовление, так как они создавались на базе готовых проектов корпусов рыболовецких судов.
Однокорпусные буровые суда типа "Диорит", "Диабаз", "Чароит", "Кимберлит", эксплуатировавшиеся в производственных экспедициях ВМНПО "Союзморинжгеология", оснащены якорной системой стабилизации, буровыми станками шпиндельного типа и технологическим оборудованием для проведения инженерно-геологических изысканий при глубине воды от 15 до 100 м.
Опыт бурения с этих судов выявил ряд их конструктивных недостатков, основными из которых являются ненадежная система стабилизации на скважине, малые размеры буровой площадки и ограниченное число посадочных мест из-за использования серийных корпусов рыболовецких судов, невозможность передачи на забой необходимой осевой нагрузки при бурении станками шпиндельного типа без компенсаторов вертикальных перемещений бурового снаряда, невозможность проведения комплекса скважинных геотехнических исследований и отбора монолитов вдавливанием из-за использования бурильной колонны геолого-разведочного сортамента диаметром 0,050 - 0,064 м. Единственный вид скважинных исследований, которые можно производить с этих судов, - это прессиометрия.
Технологический комплекс каждого судна состоит из буровой установки, системы для проведения скважинных геотехнологических исследований (статическое зондирование и пробоотбор) и донной пенетрационной установки. Использование бурового кондуктора (водоотделяющей колонны) на этих судах не предусмотрено. Привод основных буровых механизмов гидравлический, спускоподъемные операции механизированы.
Специализированных судов для бурения разведочных скважин на глубинах морей свыше 300 м в России в настоящее время нет.
Более перспективным типом судов для бурения разведочных скважин являются катамараны. По сравнению с однокорпусными судами такого же водоизмещения они имеют ряд преимуществ: более высокую остойчивость (амплитуда бортовой качки катамарана в 2-3 раза меньше, чем у одно-корпусных судов), что позволяет работать в лучших условиях при сильном волнении моря (коэффициент рабочего времени двухкорпусных судов больше, чем однокорпусных, минимум на 25 %); более удобную для работы по форме и значительно большую (на 50 %) полезную площадь палубы (поскольку ис- пользуется межкорпусное пространство), что дает возможность разместить на палубе необходимое количество тяжелого бурового оборудования; малую осадку и высокую маневренность (каждый корпус снабжен ходовым винтом), что способствует использованию их в условиях мелководного шельфа. Стоимость постройки однокорпусного судна со сравнимой площадью рабочей палубы на 20 - 30 % выше стоимости судна-катамарана.
 |
| Рис. 12- Буровое судно "Катамаран". |
Американская фирма "Ридинг энд Бэтес" построила буровое судно "Катамаран", состоящее из двух барж, скрепленных девятью балочными фермами (рис.12). Длина судна 79,25 м, ширина 38,1 м. С него можно бурить скважины глубиной до 6000 м при любой глубине моря. На судне установлены: буровая вышка высотой 43,25 м с грузоподъемной силой 4500 кН; ротор; двухбарабанная лебедка с приводом от двух дизелей; два буровых насоса с приводом от двух других дизелей; цементировочный агрегат; резервуары для глинистого раствора; восемь якорных лебедок с электроприводом от двух дизель-генераторов переменного тока мощностью по 350 кВт; жилые помещения для 110 человек.
Из буровых судов-катамаранов значительно меньших геометрических и энергетических параметров следует отметить отечественные катамараны "Геолог-1" и "Геолог Приморья", техническая характеристика которых приведена ниже.
"Геолог-1" "Геолог Приморья"
Водоизмещение, т....................... 330 791
Длина, м....................................... 24 35,1
Ширина, м.................................... 14 18,2
Осадка без груза, м...................... 1,5 3,26
Высота надводного борта, м 1,7 4,47
Мощность дизель-генераторов,
главных.................................. 2x106,7 2x225
вспомогательных.................. 2x50 2x50
Скорость хода, узлы................... 8 9
Мореходность, баллы................. 6 8
Условия работы:
удаление от берега, км.......... До 3 До 360
минимальная глубина мо-
ря, м......................................... 2 5
волнение моря, баллы............ 3 4
Минимальная глубина моря, на которой возможно бурение с катамарана, определяется величиной его осадки, максимальная - длиной якорных тросов. Возможные глубины бурения скважин зависят от типа установленных на катамаранах буровых установок.
Катамаран "Геолог-1" (рис.13) построен специально для инженерно-геологических изысканий в прибрежных акваториях Черного моря.
На катамаране смонтированы: установка УГБ-50М с электроприводом для бурения скважин глубиной до 30 м по породам ударным, колонковым и шнековым способами; подводная пенетрационно-каротажная станция ПСПК-69 для исследования физико-механических свойств мягких грунтов и установления литологического строения морского дна; сейсмоакустическая станция "Грунт" для непрерывного профилирования с целью получения сведений о литологическом строении морского дна по всей зоне между опорными скважинами. В точке исследования "Геолог-1" закрепляется четырьмя якорями, а на глубинах моря до 7 м - дополнительно двумя закольными сваями длиной по 8 м.
Несамоходные плавучие буровые установки создают, используя в качестве основания, не предназначенные для бурения несамоходные суда (баржи, плашкоуты, шаланды), деревянные плоты или специально изготовленные для бурения металлические понтоны, катамараны и тримараны.
Из несамоходных судов чаще всего используют баржи. Из всего многообразия типов барж не все пригодны для производства буровых работ на море. Наиболее удобна сухогрузная баржа с открывающимися в днище люками, благодаря чему буровой станок можно установить в центре баржи. Перед производством работ баржу загружают балластом для придания ей большей остойчивости.
Иногда для бурения применяют две однотипные баржи, спаренные поперечными брусьями. Образуется катамаран с зазором между баржами, в котором размещается устье скважины. Спаривание барж позволяет применять тяжелые буровые установки и вести бурение в неблагоприятных гидродинамических условиях моря.
Буровые плоты наиболее доступны в изготовлении. Тяжелые плоты глубоко погружены в воду. Это повышает их остойчивость, но увеличивает осадку и не исключает захлестывание оборудования даже небольшой волной. Со временем плоты теряют свою плавучесть, и срок службы их сравнительно небольшой.
Буровые металлические понтоны по водоизмещению делят на легкие площадью 30-40 м 2 и тяжелые площадью 60-70 м 2 . Остойчивость понтонов невысокая, и используют их преимущественно на закрытых акваториях при волнении моря до 2 баллов.
В России при бурении на шельфе дальневосточных морей широкое применение получили катамараны типа "Амур" и тримараны типа "Приморец", представляющие собой суда маломерного флота с ограничением плавания по волновому состоянию моря до 5 баллов. Первые несамоходные. Вторые могут передвигаться самостоятельно со скоростью до 4 узлов в тихую погоду на небольшие расстояния в пределах разведываемой бухты. Однако их тоже относят к несамоходным, так как условия работы в подавляющем большинстве случаев вынуждают использовать для их буксировки вспомогательные суда. Указанные катамараны и тримараны разработаны СКВ АО "Дальморгеология" для бурения ударно-забивным и вращательным способами разведочных скважин конкретных параметров и имеют следующие технические характеристики:
Катамаран Тримаран
"Амур" "Приморец"
Длина, м...................................... 13,6 18,60
Ширина, м.................................. 9,0 11,80
Высота борта, м......................... 1,5 1,85
Осадка, м.................................... 0,8 0,95
Водоизмещение, т...................... 40 65
Число и масса (кг) якорей......... 4x150 4x250
Грузоподъемная сила буро-
вой вышки, кН............................ 200 300
Параметры скважины, м:
глубина по воде.................... 25 50
глубина по породам.............. 25 50
Максимальный диаметр по
колонне обсадных труб............. 0,146/0,166 0,219/0,243
Рис. 14- Плавучие буровые установки АО "Дальморгеология":
а - ПБУ "Амур": 1 - якорная лебедка, 2 - рубка, 3 - буровая лебедка, 4 - буровая вышка; б - ПБУ "Приморец": 1 - надстройка, 2 - буровая вышка, 3 - буровая лебедка, 4 - талевая лебедка, 5 - вибратор, 6 - вращатель
Тримаран "Приморец" - ПБУ с тремя корпусами серийных судов, соединенными плоским мостом из стального проката (рис.14, б ). Ходовой двигатель и винторулевое устройство размещены в среднем корпусе, смещенном в корму относительно боковых. Дизель-генератор и промывочный насос расположены в двух параллельных боковых корпусах тримарана. На палубе в кормовой части установки находится надстройка бытовых и служебных помещений, в носовой - размещено буровое оборудование, содержащее Л-образную буровую вышку, лебедку для ударно-забивного бурения, талевую оснастку и лебедку для подъема труб, вращатель и вибратор.
В палубе ПБУ "Амур" и "Приморец" имеются П-образные вырезы для отхода установки от скважины без извлечения обсадных труб на время шторма, плохой видимости или ремонта и последующего подхода к скважине для продолжения бурения. Непотопляемость и устойчивость этих установок сохраняются при затоплении любого одного отсека.
Катамаран "Амур" - ПБУ с двумя параллельными корпусами серийных краболовных ботов, соединенными в верхней части плоским мостом из стального проката, образующим общую палубу (рис.14, а ). Энергосиловое и вспомогательное оборудование установки расположено в корпусах катамарана, что увеличило рабочую площадку. На палубе установлены А-образная буровая вышка, лебедка для ударно-забивного бурения, вибратор, обсадные трубы, рабочий инструмент, рубка, четыре якорные лебедки.
Осн.: 2. [ 74-77 ], 3.
Доп.: 7.
1. Для чего и на какие глубины предназначены БС?
2. Конструкция бурового судна.
3. Отличительная особенность в конструкции ППБУ от БС.
4. С помощью чего удерживаются БС?
5. Что можно отнести кпреимуществам БС?
БУРОВОЕ СУДНО (а. drilling vessel; н. Воhrschiff; ф. navire de forage; и. barсо perforador) — плавучее сооружение для морского бурения скважин, оборудованное центральной прорезью в корпусе, над которой установлена , и системой для удержания судна над устьем скважины.
Впервые бурение с применением бурового судна начато в Атлантическом океане в 1968 (с американского судна "Гломар Челленджер"). Современные буровые судна (рис.), как правило, самоходные, с неограниченным районом плавания. Водоизмещение бурового судна 6-30 тысяч т, дедвейт 3-8 тысяч т, мощность энергетической установки, обеспечивающей буровые работы, позицирование и ход судна, до 16 МВт, скорость хода до 15 узлов, автономность по запасам 3 месяца. На буровом судне применяются успокоители качки, позволяющие вести бурение скважин при волнении моря 5-6 баллов; при большем волнении бурение прекращается и судно находится в штормовом отстое со смещением от скважины (расстояние до 6-8% от глубины моря) или бурильная колонна отсоединяется от устья скважины. Для удержания бурового судна в заданной точке бурения в пределах, допускаемых жёсткостью колонны бурильных труб, применяют 2 системы позицирования: статическую (с использованием заякоривания судна) и динамическую стабилизацию (с помощью гребных винтов и подруливающих устройств).
Якорная система используется для бурового судна при глубине моря до 300 м; включает тросы и цепи, специальные якоря массой 9-13,5 т (8-12 штук), якорные лебёдки с усилием по 2МН, оборудованные контрольно-измерительной аппаратурой. Расстановка якорей и их уборка производятся со вспомогательных судов. Для увеличения манёвренности и сокращения времени работы при уходе с точки бурения используют т.н. якорные системы круговой ориентации судна (специально встроенная в центре корпуса судна турель с площадкой, на которой смонтировано всё якорное устройство, включая лебёдки). Удержание бурового судна на позиции с помощью системы динамической стабилизации применяется для судов любого класса при глубине моря свыше 200 м и осуществляется автоматически (или вручную) посредством измерительного, информационно- командного и движительно-рулевого комплексов.
В измерительный комплекс входят приборы акустической системы, которые используются для стабилизации судна в режиме бурения, при выводе судна на скважину, для определения положения водоотделяющей колонны относительно устья скважины. Работа акустической системы основана на регистрации импульсов, посылаемых от донных маяков, располагаемых вблизи устья скважины, и их приёмке гидрофонами под днищем судна. В качестве дублирующей системы применяют инклинометр. В информационно-командный комплекс входят 2 вычислительные машины, получающие одновременно информацию о положении судна и состоянии окружающей среды; при этом одна из них работает в командном режиме, управляя двигателями, вторая (резервная) — автоматически (при выходе из строя первой). Движительно-рулевой комплекс включает главные движители судна, подруливающие устройства и систему управления ими. Усилия продольного упора на судне создаются гребными винтами регулируемого шага, поперечного — специальными винтами регулируемого шага, устанавливаемыми в поперечных тоннелях в корпусе судна. Изменение величины и направлений упоров осуществляется регулированием шага винтов по команде вычислительной машины или вручную с пульта управления движительной системой.
Буровое судно оборудуется также пультом управления, который предназначен для контроля за положением судна и водоотделяющей колонны в режиме автоматической стабилизации, и дистанционным ручным управлением при постановке судна на позицию. Разновидность бурового судна — т.н. шлангокабельные суда, предназначенные в основном для инженерно-геологического бурения на глубине 200 метров при глубине моря до 600 метров. Они оборудуются системой динамической стабилизации, гибким шлангокабелем, благодаря чему требования к смещению судна относительно устья скважины предъявляются менее жёсткие, чем при использовании бурильных труб.
Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:
Можно искать по нескольким полям одновременно:
Логически операторы
По умолчанию используется оператор AND
.
Оператор AND
означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:
исследование разработка
Оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:
исследование OR разработка
Оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:
исследование NOT разработка
Тип поиска
При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак "доллар":
$ исследование $ развития
Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:
исследование*
Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:
" исследование и разработка"
Поиск по синонимам
Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку "#
" перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.
# исследование
Группировка
Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:
Приблизительный поиск слова
Для приблизительного поиска нужно поставить тильду "~ " в конце слова из фразы. Например:
бром~
При поиске будут найдены такие слова, как "бром", "ром", "пром" и т.д.
Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2. Например:
бром~1
По умолчанию допускается 2 правки.
Критерий близости
Для поиска по критерию близости, нужно поставить тильду "~ " в конце фразы. Например, для того, чтобы найти документы со словами исследование и разработка в пределах 2 слов, используйте следующий запрос:
" исследование разработка"~2
Релевантность выражений
Для изменения релевантности отдельных выражений в поиске используйте знак "^
" в конце выражения, после чего укажите уровень релевантности этого выражения по отношению к остальным.
Чем выше уровень, тем более релевантно данное выражение.
Например, в данном выражении слово "исследование" в четыре раза релевантнее слова "разработка":
исследование^4 разработка
По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения - положительное вещественное число.
Поиск в интервале
Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO
.
Будет произведена лексикографическая сортировка.
Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.
Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.
Загрузка...