Общая методология проектирования. Морские сооружения как совокупность структурных элементов

1.

Общая методология проектирования.
Морские сооружения как
совокупность структурных элементов.
Алгоритм проектирования морских
нефтегазовых сооружений
1

2. Нормативная база

1. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих
буровых установок и морских стационарных платформ
2. Правила классификации, постройки и оборудования морских
плавучих нефтегазодобывающих комплексов
3. Правила по нефтегазовому оборудованию морских плавучих
нефтегазодобывающих комплексов, плавучих буровых
установок и морских стационарных платформ
4. ОСТ 5Р.0737-2001 «Проектные конструкторские документы
для судов. Правила выполнения, согласования (одобрения) и
утверждения» (в данном случае в части подготовки
пояснительной записки)
5. Санитарные правила для плавучих буровых установок (в
данном случае в части требований к жилому модулю)
2

3. Основные определения

•Морской плавучий нефтегазодобывающий комплекс (ПНК) – морское плавучее
сооружение судовой, понтонной или иной формы с устройствами удержания на точке
эксплуатации, предназначенное для осуществления одной или нескольких функций:
добычи, приема, хранения, подготовки и отгрузки продукции.
•Плавучее нефтегазохранилище с комплексом подготовки продукции (FPSO –
floating production, storage and offloading unit) – морское плавучее самоходное или
несамоходное сооружение, предназначенное для приема, подготовки, хранения и отгрузки
продукции.
•Плавучая буровая установка (ПБУ) — судно/плавучее сооружение, способное
производить буровые работы.
•Морская стационарная платформа (МСП) — морское нефтегазопромысловое
сооружение, состоящее из верхнего строения и опорного основания, зафиксированное на
все время использования на грунте и являющееся объектом обустройства морских
месторождений нефти и газа.
3

4. Плавучая технологическая платформа судовых обводов с турельной системой удержания

Жилой модуль
и вертолетная
площадка
Технологическое, вспомогательное
и энергетическое оборудование
Факельная
вышка
Танки для хранения
готовой продукции
Система заякорения
Турельное
устройство
Гибкие
райзеры
4

5. Основные элементы морских сооружений

Морское нефтегазовое сооружение (МНГС) – это совокупность
компонентов/структурных элементов, которые объединены в единое целое и, как
следствие, обеспечивают использование МНГС по своему функциональному
назначению.
Основные компоненты МНГС
Корпус, включая танки для хранения готовой продукции/балластные танки и
прочие отсеки
Технологический комплекс с основным и вспомогательным оборудованием (и/или
буровой комплекс), включая отгрузочное устройство (если требуется), грузовые средства
и т.п.
Энергетический комплекс
Жилой модуль с вертолетной площадкой
Система удержания/позиционирования, включая турельное устройство для FPSO
судового типа
Движительно-рулевой комплекс
5

6. Особенности МНГС, предназначенных для эксплуатации на одной точке длительное время

работа сразу в четырех средах: атмо-, гидро-, лито-, криосферах (практически невозможно назвать другие
инженерные сооружения, находящееся под влиянием такого большого числа внешних факторов, включая
ветер, волнение, течение, лед, грунт (в первую очередь для МСП), температурные изменения, в ряде
районов - сейсмическую активность(в первую очередь для МСП));
невозможность уклонения от внешних воздействий для МСП;
для плавучих технологических платформ разрабатываются специальные устройства/системы,
позволяющие отсоединиться и, таким образом, уклониться, например, от айсберга;
во многих случаях отсутствие возможности проведения доковых освидетельствований;
трудности, а порой невозможность осмотра и ремонта большинства несущих конструкций;
трудности, связанные с дополнительными морскими операциями по транспортировке опорного
основания/корпуса, с наведением верхнего строения, с установкой платформы в районе эксплуатации и
т.п. (не относится к плавучим технологическим платформам судового типа и типа BUOY, но здесь есть
дополнительные операции по установке спайдерного буя с якорно-швартовой системой удержания и
стыковке его с элементами корпуса);
необходимость проведения ряда достроечных работ в сложных внешних условиях, на морских
акваториях, а также в удалении от береговой инфраструктуры;
дополнительные возможные операции по подготовке морского дна, организации защиты от размыва,
забивке свай для МСП;
ограниченный опыт эксплуатации подобного рода сооружений.
Таким образом, проектирование МНГС является сложной, многофакторной задачей.
6

7. Алгоритм проектирования

Формирование блока исходных данных
Принципиальные решения (принимаются, в первую очередь, на основании опыта
проектирования)
Основное
технологическое
оборудование
Система
удержания/позиционирования,
включая турельное устройство
Энергетический
комплекс
Жилой модуль
Жилой модуль
Оценка необходимых объемов для хранения добытого и переработанного продукта
Выбор главных размерений, архитектура и компоновка
Оценка нагрузок внешней среды с выбором наиболее значимых, существенно влияющих
на основные характеристики сооружения.
Расчетные сочетания нагрузок
Уточнение главных размерений корпуса, подтверждение проектных решений по корпусу с учетом обеспечения
достаточной прочности, остойчивости и непотопляемости
Оценка нагрузки масс корпуса
Формирование компоновочных решений по сооружению в целом с учетом обеспечения удобства ведения
работ по освидетельствованию и текущему ремонту оборудования и конструкций
Оценка нагрузки масс сооружения в целом
Оценка капитальных затрат на строительство сооружения, включая затраты на морские операции
7

8. Формирование блока исходных данных

Исходные данные формируются по двум блокам
Блок исходных данных по условиям,
состоящий из определенных ранее
объективных условий, на которые
напрямую невозможно повлиять
Инженерно-геологические
Гидрометеорологические
и ледовые
Сейсмическая активность
Производственные
Блок исходных данных по входным
параметрам, которые принимаются
проектантом в зависимости от
поставленных задач и могут быть
уточнены
Параметры бурения
Параметры добычи
Параметры отгрузки
продукта
Общие параметры
8

9. Блок исходных данных по условиям

Блок исходных данных по условиям в основном формируется на основании анализа природноклиматических и инженерно-геологических условий предполагаемого района эксплуатации сооружения и
включает следующие данные:
• Инженерно-геологические:
геологическое строение места эксплуатации сооружения;
физико-механические свойства грунтов;
глубина залегания продуктивных пластов;
площадь месторождения;
состав и свойства пластового флюида.
• Гидрометеорологические и ледовые:
географическое расположение района эксплуатации;
глубины акватории, включая изменение уровня воды;
наличие и характеристики ледовых условий;
продолжительность межледового периода;
минимальная/максимальная температуры воздуха и воды;
характеристики волнения, ветра, течения.
• Сейсмическая активность
• Производственные:
удалённость заводов для изготовления сооружения или его частей;
удалённость береговой инфраструктуры;
характеристики плавучих подъемно-транспортных и других необходимых средств, доступных к использованию
при выполнении морских операций.
9

10. Блок исходных данных по входным параметрам

Входные параметры включают следующие данные:
•Параметры бурения:
проектная скорость бурения;
проектная глубина бурения;
количество скважин;
автономность по запасам буровых материалов.
•Параметры добычи:
объём добычи или скорость добычи;
степень обработки продукта;
период отгрузки побочных продуктов производства и отходов.
•Параметры отгрузки продукта:
тип отгрузки;
тип и необходимый минимальный объём хранения продукта или продуктов;
период отгрузки;
расстояние до пункта отгрузки.
•Общие параметры:
численность персонала и экипажа;
тип транспортировки сооружения или его частей;
тип системы удержания;
общая автономность.
10

11. Корпус

Определение нагрузок внешней среды, а также нагрузок от
оборудования, груза, балласта и т.п.
Определение высоты надводного борта
Расчеты посадки и остойчивости для требуемых случаев нагружения
Расчеты непотопляемости и деление на отсеки
Выбор конструкционных материалов
Расчеты прочности:
проверка общей прочности;
определение ледовых усилений корпуса;
проверка местной прочности конструктивных элементов при действии
функциональных нагрузок и нагрузок внешней среды;
оценка усталостной прочности узлов/соединений.
Разработка конструкции корпуса
11

12. Система удержания/позиционирования

Выполнение комплекса расчетов в обоснование системы удержания с
учетом заданных природно-климатических условий (в первую очередь,
волнение, ледовые образования, грунт) и определенных на их основе
нагрузок внешней среды
Типы систем удержания:
якорная (традиционная);
якорная система, соединенная с турельным устройством (характерна
для FPSO судового типа);
якорная система, соединенная с отсоединяемым спайдерным буем
(характерна для FPSO типа BUOY, которые предполагается
эксплуатировать в ледовых условиях);
динамическая, использующая движетельно-рулевой комплекс;
комбинированная (якорная+динамическая)
12

13. Технологический комплекс

Моделирование технологического процесса, например, с
помощью программной среды HYSYS. HYSYS представляет
собой пакет программ, предназначенный для расчета
стационарных и динамических режимов работы химикотехнологических схем, содержащих массообменную и
теплообменную аппаратуру, трубопроводы, реакторы и т.п.
Выбор основного технологического оборудования
Размещение оборудования на палубе/палубах морского
сооружения, руководствуясь, в первую очередь, принципом
безопасной эксплуатации сооружения в целом
Проектирование вспомогательных систем технологического
комплекса
13

14. Энергетический комплекс

Выявление/определение потребителей электрической и тепловой
энергии
Рассмотрение различных режимов эксплуатации. Определение
основных режимов с позиций максимального потребления энергии
Обоснование и выбор типа энергетического комплекса:
на основе дизель-генераторов;
паротурбинный;
газотурбинный;
комбинированный.
Выбор типа топлива для энергетического комплекса
Выполнение необходимых расчетов и оценок
Обоснование состава систем энергетической установки
14

15. Жилой модуль

Выполнение Правил РС применительно к надстройкам, а
также применительно к устройству и оборудованию
помещений
Выполнение санитарных Правил для ПБУ в части жилых,
общественных, санитарно-бытовых и прочих помещений
15

16. Основные разделы пояснительной записки в соответствии с ОСТ 5Р.0737-2001 (1)

1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Общая часть
Основание для разработки
Исходные данные
Общие сведения по судну (назначение, виды перевозимых грузов, тип судна, район
плавания, класс Регистра и т.д.)
Концепция судна
Обоснование проектных характеристик и конструктивных решений
Выполнение требований ТЗ, обоснование отклонений или отступлений от ТЗ
Объем разработанных материалов проекта
Основные данные
Основные характеристики судна (главные размерения, водоизмещение, посадка,
автономность, вместимость трюмов, танков, цистерн и т.д.)
Мореходные качества (скорость хода, остойчивость, непотопляемость, маневренность и т.д.)
Комплектация и размещение экипажа и пассажиров
Общее расположение и архитектура
Противопожарная защита
Надежность и ремонтопригодность
Техника безопасности и охрана труда
Мероприятия по предотвращению загрязнения моря
16

17. Основные разделы пояснительной записки в соответствии с ОСТ 5Р.0737-2001 (2)

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Корпус
Судовые устройства
Дельные вещи
Изоляция помещений и покрытия
Зашивка и отделка помещений
Оборудование помещений
Судовые системы
Энергетическая установка
Электрооборудование и автоматизация
Средства связи, навигации и сигнализации
Авиационный комплекс
Производственно-технологическое оборудование
Технология постройки
Стандартизация
Экономические показатели целесообразности постройки судна
Заключение
Применительно к морским сооружениям данное содержание должно использоваться
настолько, насколько это приемлемо и целесообразно.
17