Системы удержания плавучих буровых средств

Лекция № 7. Системы удержания плавучих буровых средств (ПБС).

      Системы предназначены для удержания  в заданных пределах отклонения бурового плавучего средства (БС и ППБУ) от оси бурящейся и эксплуатирующей скважины в горизонтальном направлении.

      Обычно горизонтальное перемещение  бурового плавучего средства  не превышает  5-6 % глубины моря.

      Радиус максимального отклонения     R=0.06H,

Где 0,06 – максимальное относительное отклонение, ограничиваемое напряжениями в трубах водоотделяющей колонны и углом  отклонения  нижнего шарнирного и шарового или другой конструкции соединения; Н- глубина моря, м.

      В зависимости от глубины моря  Н все ПБС оснащают одной из следующих возможных систем удержания на точке бурения:

§ При глубинах моря до 200м – с помощью якорных цепей или тросов, либо комбинированной системы (якорных цепей и тросов);

§ На глубинах моря более 200м – с помощью  динамической системы стабилизации (динамического позицирования).

Рекомендуемые материалы

Якорные системы удержания

      Буровое плавсредство и систему заякоривания рассматривают как единый комплекс, за исключением случаев экстремальных погодных условий.

      Система заякоривания включает якорные цепи, лебедку, стопорное устройство, роульс (устройство для изменения направления перемещения якорного троса). В зависимости от местных условий, характеристики бурового плавсредства  и других факторов применяют различные схемы расположения якорных цепей или канатов относительно ПБС.

На рис. 15 показаны шесть наиболее распространенных в мировой практике вариантов заякоривания  при воздействии нагрузок  с любой стороны; n- число якорных канатов.

      Якорные цепи или тросы выбирают  в зависимости от ожидаемой нагрузки на них, глубины моря, характеристики рабочего оборудования, стоимости, наличия пространства для палубных устройств и других факторов.

             Рис. 15- Типовых вариантов  систем заякоривания: а,б,в – симметричные системы соответственно  с  n-9,8,10; г,д,е – системы с якорными канатами        (n =8), расположенными соответственно под углом 45-90⁰ друг к другу, порд углом  30-70⁰ к оси платформы и под углом 30-60⁰ к продольной оси судна

      Для заякоривания применяют два типа плоскозвенных цепей с распоркой: цепь со сваренным встык звеньями и замковую цепь. В большинстве случаев для заякоривания применяют металлические канаты диаметром 57-76 мм (иногда 90мм).  Преимущества металлических канатов: масса каната в морской воде ниже стоимости цепи. Недостаток металлического каната заключается в том, что вследствие малой  массы  требуется большое развертывание троса до необходимой  величины тангенциальной кривой провисания, а также в случае выхода каната из строя его следует заменять  по всей длине. 

      Якорные системы оснащают комплексом оборудования для регулирования натяжения якорных канатов, который включает тензометры и записывающую аппаратуру, непрерывно управляющую натяжением якорного каната и извещающую оператора об изменении высоты волны или направления ветра.

      Системой управляют с пульта на основе информации, получаемой от датчиков, устанавливаемых на тросах.

      Система динамической стабилизации.

      На глубинах морей более 200 м якорные системы стабилизации не обеспечивают требуемые допускаемые отклонения ПБС о вертикальной оси бурящейся скважины, становятся массивными, и их применение неэффективно. По этим причинам на глубинах более 200 м используют динамические системы стабилизации (динамического позицирования), которые по сравнению с якорными системами  удержания имеют следующие преимущества:

§ Обеспечивают требуемую технологией бурения  точность позицирования  ПБС;

§ Осуществляют быстрое изменение курса БС или ППБУ в целях уменьшения бортовой  и вертикальной качек;

§ Обеспечивают быстрый уход с точки бурения  и возврат на нее ПБС.

Система  динамической стабилизации представляет собой  замкнутую цепь автоматического управления. Она включает:

1. Цепь обратной связи с датчикам, определяющими  координаты продольного  и поперечного перемещения по осям х, у и угол поворота φ ПБС относительно принятых неподвижных координат;

2. блок сравнения, который определяет отклонения Δх, Δу и Δφ действующего положения ПБС от его начального расчетного положения  х₀, у_0, φ₀ ;

3. пульты управления, имеющие прямые и обратные связи  с двигателями  и гребными винтами, рассчитывающие и подающее   командного пункта на двигатели и гребные винты  команды для возвращения ПБС в начальное положение.;

4. подруливающие устройства (двигателей и гребных винтов), обеспечивающие перемещение судна на величину  Δх, Δу и Δφ и возвращение егов начальное положение.

      На автоматизированном пункте управления универсальная ЭВМ по цепи обратной связи получает данные от внешних датчиков о положении ПБС в определенный момент. При этом угол поворота  определяют гидрокомпасом, а координаты х, у вычисляются системой акустического измерения АМS. Эти данные имеют высокую точность, их используют в системе динамической стабилизации.

      В системе динамической стабилизации имеются две ЭВМ: одна работает, а вторая в резерве. Система  автоматической стабилизации включается в работу  и контролируется оператором  с главного пульта  управления.

          Осн.:  2. [ 207-209 ], 3. [  ]

Бесплатная лекция: "4 Методика получения математических моделей элементов" также доступна.

Доп.: 7. [987-993]

Контрольные вопросы:

1. Какие системы удержания вы знаете?

2. Из чего состоит якорная система?

3. Из чего состоит система динамической стабилизации?.

          4. Чем отличаются эти две системы удержания ПБС ?