автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Разработка методики и практических рекомендаций по выбору состава и проектированию судов для строительства стационарных платформ морских нефтепромыслов

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

синьковский

Андрей Петрович

На правах рукописи

Для служебного пользования

и - '1 Экз. №____и - <,_

Инв. № 09

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ВЫБОРУ СОСТАВА И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СУДОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМ МОРСКИХ НЕФТЕПРОМЫСЛОВ

Специальность 05.08.03 — проектирование и конструкция судов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград 1991

Работа выполнена па кафедре проектирования судов Ленинградского государственного морского технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

СЕМЕНОВ Ю. Н

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

РОННОВ Е. П.;

кандидат технических наук, ст. науч. сотр.

ЛОГАЧЕВ С. И.

Ведущее предприятие — ЦНИИА1Ф, Ленинград.

Защита диссертации состоится 23 декабря 1991 г. н 14 час. и аул. А150 на заседании специализированного совета К053.23.03 по присуждению ученой степени кандидата технических паук в Ленинградском государственном морском техническом университете по адресу: 190008, Санкт-Петербург, Лоцманская, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛГЛ1ТУ.

Автореферат разослан < » 1991 г,

Ученый секретарь спсплализиронанногс совета канд. те>;н. наук, децект КРАСНИЦКИИ А. Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Добыче нефти и газа в море рассматривается в настоящее время во всем мире как альтернатива все более истощающимся наземньм сьфьезым и энергетическим ресурсам. Не является исключением и СССР. В настоящее время в СССР добывается со дна моря не более 10-12 млн.т нефти, что составляет не более 1,5% от общей добычи нефти и газа. В то те время перестройка народного хозяйства в нашей стране требует серьезного укрепления и,главное,стабилизации топливно-энергетической базы, а,значит,и морской нефтедобычи, как составной ее части, В противном случае мк рискуем безвозвратно отстать в области морской технологии добычи нефти и гэзэ, которая стала в настоящее время одним из основных показателей достигнутого уровня науки и техники в развитых странах. К 1995 году в СССР планируется добывать в морз 18 млн.т нефти, к 2000 г. - 24 млн.т нефти, к 2005 г. - 30 млн.т нефти. Выполнение этих планов потребует в том числе совершенствования методологии формирования нефтегазопромыслового флота (НГПФ) и в частности одной из его составит« частей - комплекса судов для строительства морских стационарных платформ (КССМСП). Этап строительства морских стационарных платформ (МСП) занимает заметное место по времени и капитальным вложениям (до 45/О в общей схеме освоения морских месторождений нефти и газа.

Целью работы является разработка методики и практических рекомендаций по выбору состава и проектированию судов для строительства стационарных платформ морских нефтепромыслов.

Объектами исследования являются НГГ®, КССМСП, МСП.

Теоретической основой исследований служат:

- теория проектирования и оптимизации судов (решение внешней и внутренней задач проектирования судов);

- теория исследования сложных систем;

- методологические основы оптимизации;

- методология исследования средств освоения мирового океана.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые поставлена и решена проблема создания методологии проектирования КССМСП.

В ходе исследования этой проблемы:

- определены пути развития и поставлены четыре новые задачи б области совершенствования методологии формирования НПЗ и КССМСП,в том числе: задача разработки аппарата согласованной оптимизации комплексов судов (аппарата координирующих воздействйй (АКВ)), входящих в состав НПЙ; задача разработки аппарата синтеза структурных образований (ССО) или подразделений, составляющих НГГЙ; и задачи разработки методологий трансформации АКВ и аппарата ССО при формировании НГПФ в зависимости от горизонтов решаемых задач;

- предложены четыре подхода к проектированию КССМСП в зависимости от ситуации на бассейне: комбинаторная задача, схемы (комплексы судов) - претенденты, с использованием AI©, с использованием аппарата ССС;

- предлсяено характеризовать свойства грузов ШСП) величиной удельно-погрузочной площади груза J)sn , а некоторые типы судов в части их основных характеристик описывать величиной удельно-погрузочной площади верхней палубы (ВП) судна jjs ;

- показано, чгс решение внешней задачи проектирования КССМСП в ряде случаев должно базироваться на балансе площадей, которые требуются для размещения грузов на ВП судов в период их доставки от берега до точки строительства МСП, а не масс;

- предложена методика количественного учета в критериальной функции фактора доиспользования судов.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный методический аппарат позволяет научно-обоснованно подходить к формированию КССМСП (решение внешних и внутренних задач проектирования судов), учитывая при этом горизонты и специфику решаемых задач, а именно: роль и место КССМСП как составной части НГПФ в общей проблеме освоения морских месторождений нефти и газа, взаимодействие КССМСП с другими комплексами судов, входящих в состав НГПФ и .другими видами флотских образований, специфику грузов (МСП), способов

строительства МСП, а также взаимодействие судов между собой в процессе строительно-монтажных работ (СМР) в море. Разработанные методики, методические рекомендации, программы на ЭВМ были использованы в практике работ научно-исследовательских, проектно-конструкторских и планирующих организаций

при решении вопросов, связанных с формированием НГП35 и в частности судов дня СМР в море, экспертизе проектов судов и т.д.

Внедрение результатов работы. Материалы диссертации были использованы:

1. Миннефтепромом СССР: "Методика обоснования потрео-ности в судах и плавучих технических средствах на поисково-разведочном этапе", М., 1987, а такке в методических рекомендациях Института экономических и международен* проблем освоения океана ДВО АН СССР "Формирование комплексов технических средств освоения морских месторождений нефти и газа", Владивосток, 19в7.

2. В практике работ: ВНШБЬюрнефтегаз, ЦКВ "Шельф", ДНИИМФа. ЦНИШФа

3. В учебном процессе Ленинградского кораблестроитель-го института.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены:

- на I Всесоюзной конференции "Комплексное освоение континентального шельфа СССР" (Москва, 1986);

- на IX научно-технической конференции "Учет особенностей Дальневосточного бассейна при проектировании и модернизации судов" (Владивосток, 1986);

- на 1У научно-технической конференции "Проблемы создания новой техники для освоения шельфа" (Горький, 1986);

- научно-технической конференции МИНХ и ГП им.И.М.Губкина (Москва, 1987);

- на Всесоюзных школах молодых ученых и специалистов по проблемам модульного судостроения (Клайпеда, 1987; Керчь, 1989);

- на семинаре Республиканского НТО (Севастополь, 1988);

- на X Дальневосточной научно-технической конференции "Опыт проектирования и модернизации судов для Дальневосточного бассейна" (Владивосток, 1989).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Объем и структура работы. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, и 8 приложений. Общий объем-361 страница, машинописного текста, из них основной материал занимает

248 страниц, включая текст на 145 е., 67 рисунков и 18 таблиц. Приложения состоят из 113 страниц, включая 20 рисунков и 32 таблицы. Список литературы содержит 277 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формируется цель и задачи исследования.

Первая глава носит обзорный характер. В ней приводятся общие сведения по технике и методике строительства МСП. Анализируются специфика морских СМР и существующие подходы к проектированию КССМСП.

Работы по освоению морских месторождений нефти и гага укрупненно делят на несколько этапов. Один из таких этапов -этап строительства МСП. В качестве МСП используют различные сооружения: стальные свайные платформы (ССП), железобетонные платформы (ИБП); искусственные острова (ИО), платформы на натяжных опорах, платформы на оттяжках и т.д. Такое разнообразие типов МСП объясняется прежде всего выходом морской до-Сычи на все более глубокие участки морей и* океанов и освоением акваторий с суровыми гидрометеорологическими и ледовыми условиями. В работе приводятся зоны рационального использования различных типов МСП, и отмечается, что на ближайшую перспективу для условий СССР целесообразно рассмотреть три типа МСП: ССП, ЕЕП, ИО. По указанным трем типам МСП приводятся сведения по истории и способам их строительства в СССР и за рубеком, характеристикам МСП и судам, участвующим при этом. Из приведенного обзора по строительству различных типов МСП делаются следующие основные выводы:

I. На одном- бассейне могут строиться сразу несколько типов МСП. Выбор типов МСП, способов их строительства и судов, участвующих при этом, зависит от природно-климатических условий в районе базы, перехода, на месте проведения работ, глубины моря, характера грунта на месте установки МСП, развития береговой инфраструктуры, наличия и планов по постройке судов различных типов, и т.д. и определяются принятой схемой освоения месторождения.

2. Цель - строительство МСП - достигается, как правило, только при взаимодействии нескольких типов судов, входящих в КССМСП, друг с другом, и, иногда, при взаимодействии с "сухопутными" машинами, которые доставляются на МСП судами.

3. Строительство МСП различных типов осуществляется различными по своему составу комплексами судов.

4. Строительство МСП одного и того же типа при различных и даже одних и тех же характеристиках ее составных частей (опорный блок (ОБ), верхнее строение (ВС), сваи и т.д.) может выполняться различными по своему составу комплексами судов.

5. При строительстве МСП различные типы судоз "работают" с самыми разнообразными грузами: от сыпучих до крупногабаритных и тяжеловесных единичных грузов массой от нескольких килограмм до млн.т, и линейными размерами от метров до сотен метров.

6. Большинство грузов - дискретны и перевозятся на ВП судов. Ряд грузов - доставляется на плаву с использованием собственной или вспомогательных плавучестей.

7. Номенклатура судов, входящих в КССМСП может включать десятки типов судов различного назначения и архитектурно-конструктивного типа, при этом основные характеристики судов, входящих в КССМСП в пределах одного типа, могут отличаться в несколько раз и даже на порядок.

8. Суда основное время находятся в море, в районе строительства МСП. Время на переход до места установки МСП, как правило, незначительно.

9. Некоторые типы судов, входящие в КССМСП, используются по прямому назначению лишь несколько дней в году (спускная транспортная баржа (СГБ), ПЛОТ слоедой конфигурации для доставки ОБ, трацспортно-монтажное судно (ТМС) и т.д.).

10. В период строительства МСП отмечается сильная зависимость СМР, выполняемых судами, от глубины моря, погодных условий, течений, ледовой обстановки и даже характера грунта на дне моря.

Рассмотрев работы, затрагивающие вопросы, связанные с проектированием КССМСП (работы Бронникова A.B., Измайлова М.Б., Караева Р.Н., Креймора И.Д., Ракова А.И., Семенова D.H., Тахватулина U.A., Челпанова И.В., проработки группы авторов ЦКБ "Коралл" и др., зарубежные публикации) оказалось

возможным сделать вывод: в настоящее время нет достаточно разработанной методики, позволяющей, учитывая специфику строительства ШШ;- обоснованно подходить к выбору количественного и качественного'составе судов для их строительства.

Вторая глава посвящена разработке общего подхода (методологии) к проектированию КССЫСП (решение внешней задачи проектирования судов).

Разработка методологии проектирования КССМСП включила исследования по следующим основньы направлениям: постановка задачи и выбор критериальной функции, разработка подходов к решению задачи, исследование массо-габаритных характеристик МСП, формирование судов-претендентов, а также построение модели функционирования судов в процессе строительства МСП.

I. Постановка задачи и выбор критериальной функции.

Сложность постановки задачи проектирования КССМСП состоит в том, что этот комплекс является составной частью НГПФ, а НГПФ - составной частью технических средств разведки, освоения и ликвидации месторождений (ТСРШШ) нефти и газа в море и любое изменение в составе КССЫСП повлечет за собой непрямопропорциональные изменения в структуре ПГПЙ и ТСРОЛМ,и наоборот. Рассматривая в этой связи и КССМСП, и НПЙ, и ТСРОЛМ как сложную систему, и учитывая, что есть два подхода, используемые при проектировании сложных систем, - декомпозиционный и композиционный, - мы приходам к четырем новым задачам в области совершенствования методологии формирования НШ (и КССМСП в том числе):

- задача разработки аппарата согласованной оптимизации комплексов судов (АКБ), входящих в состав НПЙ (в рамках декомпозиционного подхода к формированию НПЕ6);

- задача разработки аппарата синтеза структурных образований (ССО) или подразделений, составляющих НГПФ (в рамках композиционного подхода к формированию НГШ);

- задачи трансформации аппаратов АКБ или ССО в зависимости от горизонтов решаемых задач (в рамках соответственно декомпозиционного и композиционного подходов к формированию НПЙ при динамической постановке задачи).

Проанализировав: роль КССМСП - строительство МСП и участие в других СМР, место КССМСП - составная часть НГПФ, роль НПЙ - обеспечение всей совокупности работ при освоении морских месторождений нефти и rasa (проектирование НПЙ - ке са-

моцель), глобальную цель - добыча нефти и газа в море (в различных постановках этой задали), которая достигается в том числе через строительство МСП, современный этап развития методологии обоснования больших технических систем,когда большинство из них оценивается по экономическим критериям, мь; пришли к двум постановкам задач, исследование которых представляет с нашей точки зрения наибольший интерес при проектировании КССМСП:

1. W — min, А>Д, Т<ТПЛ . (I)

2. Т-ч-ггйп, А >, А , WiW , (2)

где А - объемы выполняемых работ (типы, количество и характеристики МСП,которые надо построить); Т - сроки выполнения работ; W - стоимость выполнения работ.

Первая постановка относится к задачам оптимизации распределения ресурсов, вторая постановка - это задача нахождения зависимости:

Tkidem-i1W, (3)

где W - зависит от {КССМСП]; |КССМСП} -вектор количественного состава КССМСП (вариации облика системы).

Во второй постановке задача по формированию КССМСП носит вспомогательный характер, так как зависимость (3) входит в глобальную целевую функцию WQ , используемую для анализа (с последующим синтезом) структуры НГПФ и далее всей проблемы добычи нефти и газа в море на протяжении всего жизненного цикла развития, освоения и ликвидации месторождения. В работе приведены особенности и примеры постановок задач в форме (I) и (2). Рассмотрены также стохастическая и многокритериальная постановки задач. Отмечена предпочтительность, но в то же Еремя большая сложность постановки задачи в форме (2). Проанализирован такой важный, с точки зрения постановки задачи, вопрос о том, что является опроце :. мцим при формировании KCCMCII: МСП, способы их строительства, или суда.

Исследованы различные типы критериев. Рекомендивано использование показателя приводенных затрат (änp) по комплексу еудор п учетом социальных и экологических аспектов при принятии релеикя. При зтг>м была предложена методика (описана в Пр ..j»e, п:и) количественного учета доиспользоваппя судов в

критериальной функции, базирующаяся на введении коэффициентов штрафа к штраф и Доиспользования кЪои&п .

2. Разработка подходов к решению задачи формирования КССМСП.

В работе была предпринята попытка применить методоло-гии-анологи решения внешних задач проектирования транспортного и рыбопромыслового флотов как наиболее глубоко исследованных для решения задачи формирования КССМСП. Полностью это сделать не удалось, чему препятствовали принципиальные отличия, имеющие место в морских СМР прежде всего по массо-габаритным характеристикам грузов (МСП) и сложности функционирования и взаимодействия судор, входящих'в КССМСП. Однако, были выделены методологические приемы, которые, с нашей точки зрения, являются основополагающими при решении Енешних задач проектирования судов, и которые мы использовали для решения задачи проектирования КССМСП.

1. Понятие судов-претендентов.

2. Балансовые соотношения (баланс времени - модель функционирования, баланс масс - баланс грузопотоков).

3. Наличие "сглаживающих" факторов, к которым мы отнесли прежде зсего удельно-погрузочную кубатуру груза.

Именно по этим трем направлениям (грузы—— суда-претенденты ■•—модель функционирования), с учетом специфики СМР в море, выполнялись дальнейшие исследования. При этом были предложены четыре подхода к решении внешней задачи проектирования КССМСП:

1. Комбинаторный подход. Формализуется путем создания матрицы (I* ^ * к ), где I -типы судов-претендентов, j -работы и к - операции, которые необходимо выполнить при строительстве МСП. Основные неизвестные здесь: - количество судов по типам и коэффициенты V. загрузки 1-х типов судов на ] -х работах по к-м операциям.

2. Подход с использованием схем-претендентов. Это комплексы судов-претенденты, которые сравниваются между собой.

3. Подход к формированию КССМСП с применением АКВ.

4. Подход к формированию КССМСП с применением аппарате

ССО.

В диссертации разработаны рекомендации по использованию каддого из указанных 4-х подходов к проектированию КССМСП в зависимости от конкретной ситуации на бассейне. Первые два

подхода используют в сравнительно простых ситуациях, например строится 1-2 типа МСП, глубина моря на точке резко не меняется и т.д. Два других подхода реализуются в более сложных случаях, например строится несколько типов МСП на месторождениях с различным характером грунта, удаленностью, резко изменяющейся глубиной моря и т.д.

3. Исследование массо-габаритных характеристик МСП.

В работе приведены исследования МСП, как специфичного груза для судов, и проанализированы грузопотоки, возникающие в процессе строительства МСП. Предложена классификация грузов, в соответствии с которой массо-габаритные характеристики грузов пазделекн на дискретные и непрерывные, а грузопотоки, в свою очередь, делятся на постоянные и переменные.

Сделан вывод, что для некотирых типов МСП определяющим р выполнении грузопотоков является баланс нз масс, а площадей, которые требуются для размещения грузов в период их перевозки на ВП судов. Для корректности уравнения баланса площадей в работе вводится понятие удельно-погрузочной площади груза ^

^п р

где йр - площадь горизонтальной проекции, ограниченная контуром груза (конструкции); Рр - масса груза.

Особенности вычисления коэффициента ^^ , анализ его связи с уцельно-погрузочной кубатурой груза вынесены в Приложение.

4. Формирование судов-претендентов.

Исследуется процесс и особенности формирования сетки судов-претендентов, входящих в КОС!'СП. Выделяются и анализируются следующие основные факторы, которые необходимо учитывать при формировании судов-претендентов:

I. Условия строительства Хи и Оереговая составляющая.

Существующий в регионе фл». т.

3. Взаимосвязи: суда-президенты ■—►технологии «-►грузы.

4. Взаимодействие КССМСП с другими комплексами судов, входящих в № к .другими объектами строительства,кроме МСП.

■ >. Горизонт).; решаемых задач (настоящий момент или перспектива) .

Особое внимание уделено выбору типа модели и обоснования шага варьируем;.« характеристик судов-претендентов с со-

путствуицим анализом сложиешихся типоразмерных рядов по существующим типам судов..

Параллельно исследованию свойств груза (МОП) были предложены термины в отношении характеристик судов:

- удельная площадь ВП судна под погрузку; 'Ча " коэффициент утилизации главных размерений судна по полезной площади верхней палубы (ВП) судна под погрузку;

тцр - коэффициент использования полезной площади ВП судна (под погрузку).

Коэффициент вычисляется следующим образом:

где $подез - полезная площадь ВП судна, используемая под размещение и перезозку грузов; Рг - грузоподъемность (по грузовую марку) судна.

Особенности вычисления и анализ взаимосвязей коэффициентов ^ , к1в и тцр вынесены в Приложение. При отом была поставлена задача выбора основных характеристик судов в функции от коэффициентов и и рассмотрены три случая, когда-' ¿^ЕП ' ^Ьп И IV/V

5. Построение модели функционирования судов в процессе строительства МСП.

Анализ особенностей работы судов при строительстве МСП позволил предложить модель функционирования, имитирующую эксплуатацию КССМСП на трех основных этапах: I - нахождение в районе базы (порта), П - переход от базы до месторождения, Ш - работа в районе месторождения. В модели учитываются: время на погрузо-разгрузочные операции, переход, участие в СМР у МСП, отходы и отстой на ночь, постановка-снятие с якоря (в порту и в море), переходы между МСП. Отдельно учитываются потери, связанные с погодными условиями и при взаимодействии судов между собой (системные эффекты).

Ставится вопрос о форме организации работы судов (челночная, линейная, смешанная) и делается вывод, что ответ на него требует специальных исследований. Рекомендуется суда из состава КССМСП разбить на три группы в зависимости от ■ функциональной нагрузки на них при строительстве МСП и других объектов. Отмечается, что состав этих групп определяется типом строящейся МСП и ситуацией на бассейне, а модель функционирования судов КССМСП может оказаться смешанной: времен-

ные характеристики судов будут рассчитываться различными методами - от простых балансовых расчетов до использования вероятностных соотношений. Другой особенностью модели функционирования судов является учет того фактора, что строительство МСП в море - сложный процесс, который складывается из двух фаз: Т( - работы с участием судов, Т^ - работы без участия судов (антикоррозионные, сдаточные работы и т.д.).

Показано, что выделение этих двух фаз в модели функционирования может существенно повлиять на состав КССМСП. Предложено учитывать это обстоятельство введением понятия обобщенной производительности комплекса судов при выполнении ^х работ - Г^ . Выделены и рассмотрены факторы, от которых зависит обсбщенная производительность Г^ . Поставлена задача формирования КССМСП с учетом пиковой загрузки судов с точки зрения их обобщенной производительности при выполнении интегрального объема работ ("дискретный" ввод МСП з ряде случаев оказывается возможным заменить интегральными функциями по j -м работам, составляющим процесс строительства платформ).

В третьей главе, конкретизируя общий подход к формированию КССМСП, разрабатываются методики и методические рекомендации по проектированию комплексов судсв для строительства различных типов МСП: мелководных стальных свайных платформ (МЛССП), глубоководных ССП (ГБССП), КБП, ИО.

Такое разделение КССМСП на соответствующие подкомплексы судов для строительства различных типов МСП достаточно условно. Однако в условиях отсутствия АКВ для согласованной оптимизации подкомплексов, входящих в состав КССМСП, этот методический прием позволяет получить, хотя и приближенное, но реальное представление о количественно-качественном составе КССМСП, а з ряде случаев (скажем, при строительстве на бассейне.МСП только одного типа) это представление является достаточно точным. При этом разделение стальных свайных платформ (ССП) на мелководные и глубоководные (и,соответственно, разделение комплекса судов для строительства ССП (КССССП) на КССМЛССП и КССГБССШ было произведено в соответствии с разработанной автором концепцией мелководных и глубоководных ССП, характерными признаками которой являлись не только глубина моря К , но и число и массы ОБ, тип и масса ВС, способы строительства ССП и состав комплекса судов,участвующих при этом.

Каждая из перечисленных методик с различной степенью подробности включает:

1. Постановку задачи и рекомендации по выбору функции критерия. Е качестве возможных предлагаются критерии в виде приведенных затрат £пр, записанные с учетом известных положений по влиянию серийности строящихся судов и списания судов из числа существующих по фактору морального старения; критерий в виде глобальной целевой функции W0 и ряд других.

2. Сведения по МСП и характеристикам их составных частей (массы, геометрия, значения удельно-погрузочной площади груза При этом все грузы, составляющие МСП, разбиты на ряд групп в соответствии с разработанной классификацией грузов, а также указаны ]-с работы и набор к-х операций, которые необходимо выполнить, чтобы построить МСП.

3. Способы строительства МСП с выделением наиболее перспективных из них.

4. Сетки типов судов-претендентов, способных в принципе выполнить поставленную задачу по строительству МСП, с обоснованием шага и варьируемых характеристик судов-претендентов.

•5. Модель функционирования (для КССМЯССП - в формализованном виде, для других комплексов судов - указаны особенности), базирующеюся на расчетных формулах времени рейса судна 1-го типа при выполнении ^-й работы по к-й операции 'с,р1|К , числа рейсов объема работ, приходящегося на

1-й тип судна и времени, располагаем;^ ¡.-м типом судна для работы Тр ^ .

6. Математическую модель задачи (дл! КССМЛССИ) или подход с рассмотрением особенностей решения задачи (для КССГБССП, КССЖЕП, КССИО).

В составеметодики проектирования КСС.МЛССП разработана модель (вынесена в Приложение) по количественному учету параметров месторождений, отличающихся удаленностью от береговой базы и характером грунта на месте установки МСП. Общая характеристика методик проектирования комплексов судов для строительства МСП различных типов дана в табл.1.

Б четвертой главе разрабатываются алгоритмы, программы и практические рекомендации по выбору состава и проектированию судов для строительства МСП.

На ЭВМ реализована методика формирования 1'ССМЛССП. Необходимость такой реализации связана с большим количеством

13

Таблица I

Общая характеристика разработанных методик проектирования комплексов судов для строительства различных типов МСП

Типы МСП Исходные положения МЛССП ГБССП ЖБП ИО

Глубина моря 10-90 90-450 30-150 5-30

Критерий Ч-^пр-0 для судов оемкара-вана

Общая характеристика МСП Число ОБ

3-9 1-2 | I Грунт

Тип ВС

Агрегатное с включением 1-2 БМ Из БМ или интегральная палуба Из БМ или интегральная палуба Из БМ или агрегатное "Сухопутное"

Общая масса МСП

До 5000 т до 100000т До 1,5 млн.т Грунт - до 5 млн.м

Роль ,|и5п при анализе грузопотоков Значительная Средняя Не значительна Мала

Типы судов-претендентов КМС.КС.РБ, КМС,КС,РБ, ЕС, СТБ. ТМС, ПЛОТ, пс, сзс Суда порто-флота, суда технического флота. кмсТкс.рб, |БС,ТМС,ЦС МЧЗ,ГШ,КМС, КС, ИЗ, ЕС, суда для доставки грузов на необорудованный берег

Модель функционирования о

Подход к решению задачи Комбинаторный а«]*к, А15к) Схемы-пре-текденты АВК (ССО) АКВ (ССО)

Особенности решения задачи Грузопотоки- баланс площадей - Грузопотоки - баланс площадей и масс Проблемы взаимодействия флотских образований Доставка грузов на необорудованный берег

Неиспользованные ранее обозначения: ЕМ-блок-мсдуль; КЖ-кра-ново-монтажное судно; КС - крановое судно; РБ-ря£очня баржа; ЕС-буксирное судно; До-судно-цементировп;ик; СЗС- сваеза-бойное судно; МЧЗ - многочерпакпвый земснаряд; П1! - грунтоогвоз-ная шаланда; (§)-работа з псрту;^-работа в м(ре; с=з - переход.

строящихся и планируемых к постройке в ближайшие годы МЛССП на Каспийском море. Задача выбора КССИО в виде программы на ЭВМ решена в составе "Методики обоснования потребности в судах и плавучих технических средствах на поисково-разведочном этапе", М., 1987, 120 с. При этом суда земкаравана (МЧЗ и Ш) выбирались по критерию приведенных затрат, а остальные суда (KMC, КС, РБ и т.д.) - на основании укрупненных балансовых соотношений. Вопрос формирования КССЖЕП требует дальнейшей разработки методики с последующей реализацией на ЭВМ.

Учитывая задания Госплана (данные ВНИПИморнефтегаз, г.Москва) по строительству МЛССП на Каспийском море в 19911995 гг. на глубинах только до 40 м, были выполнены расчеты на ЭЕМ по формированию КССМЛССП также для глубин моря только до 40 м. Задача была отнесена к оптимизационным задачам целочисленного программирования с нелинейной функцией критерия, которая, решалась методом перебора в следующей последовательности: задавались исходные данные, рассчитывались объемы работ для судов-претендентов (программа "ГРУЗЫ"), варьировались коэффициенты загрузки судов на различных работах и число судов-претендентов по типам с выполнением соответствующих ограничений. По значению экстремума критерия определялся соответствующий состав КССМЛССП и коэффициенты загрузки судов на различных работах. Пример расчета по программе приведен в табл.2;

С целью исследования адекватности созданной программы реальным условиям, а также определения ее чувствительности к изменению исходных данных (варьировались: •*,=]„.500 миль, N¡_ до 12 шт. по каждому типу судов, число МОП от I до 5 шт. и распределение МСП по глубинам моря с изменением типа МСП разведочная и(или) эксплуатационная) была проведена серия численных экспериментов, по результатам которых оказалось возможным констатировать адекватность модели,по которой была создана программа, ее чувствительность к изменению исходных данных и известную устойчивость получаемых решений, а также разработать ряд практических рекомендаций по выбору состава и приоритетных направлений использования судов, осуществляющих строительство МЛССП на Каспийском море.

Для решения внешней задачи проектирования судов, осуществляющих строительство МСП в море, необходима информация, получаемая при решении внутренней задачи проектирования суд в.

15

Таблица 2

Пример расчета состава и приоритетных направлений использования судов, входящих в КССМЛССП

Исходные данные:

Удаленность месторождения от береговой базы_100 миль

Районы строительства_'__Каспийское море

Глубина моря 10 20 30

Число разведочных платформ 3 3 3

Число эксплуатационных платформ 4 4 4

Рациональный состав комплекса судов

Чис- Рекомендуемая загрузка судов

Типы судов ло судов ОБ ВС Сваи, цементный растЕор

Глубина моря Агрегаты массой

до Юм до 30 м до 40 т до 100*

КМС-300 I 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

16 2 0,0 1,0 0,0 0,0 0,0

рб!22, у* Вуз. 16 I 1,0 0,0 0,0 1,0 0,0

Еб2§£, \]=12 уз. 16 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

КС-ЮО 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

КС-40 3 0,0 0,0 1.0 0,0 1,0

Примечания: I. Критерий - приведенные затраты по комплексу судов.

Скорость буксировки РБ, уз. 1 4 8 12

Требуемая мощность буксира, кВт|1470 2570 7350

3. КМС-300, КС-ЮО, КС-40 - это суда с г/п крана

тпп

соответственно 300, 100 и 40 т; - это

16

баржа с 1_ = 120 м; и Б = Тб м.

Поэтому в диссертации были разработаны алгоритмы проектирования по следующим типам судов: КС, РБ, СТБ, ПЛОТ, МЧЗ, ПЕ, ЦС, БС (трех типов - спасатели, многолецевые морские, кан-товщаки). По трем типам судов: KMC, СЗС, ТМС рассмотрены особенности их проектирования. Алгоритмы проектирования построены следующим образом: задаются исходные данные (по различным судам они различны), определяются главные размерения и коэффициенты полноты, расчитывается нагрузка масс. Далее, с помощью коэффициента Нормана, уравнение плавучести приводится в соответствие с уравнением нагрузки масс, и рассчитываются строительная стоимость и эксплуатационные расходы по судам. Выводятся: основные характеристики, включая экономические, а также ряд характеристик, отражающих специфику проектирования по типам судов. Особенностью двух из разработанных алгоритмов (для СТБ и ПЛОТа) является возможность выбора основных характеристик судов, задавая в качестве исходных данных глубину моря в месте установки МСП. Апробация указанных алгоритмов в виде программ на ЗВМ проводилась сравнением расчетных данных с параметрами существующих судов и проектов судов. Результаты апробации позволяют рекомендовать использование этих алгоритмов в практике работы ряда организаций для целей исследовательского характера, экспресс-оценке решений, принимаемых при экспертизе проектов судов и выбору их основных характеристик на начальных этапах проектирования. Вся информация, связанная с внутренним содержанием алгоритмов (рассмотрение особенностей проектирования судов, проектные формулы, полученные на основании обработки статистического материала и т.д.), вынесена в Приложение. В Приложение вынесена также методика определения.мощности буксиров для транспортировки барж с заданной скоростью на тихой, глубокой воде. При этом поставлена задача выбора буксировщика не только ориентируясь на требуемую мощность для движения объекта с заданной скоростью и удержания объекта в определенных расчетных условиях, но и в зависимости от соотношения водоизмещения объекта и буксировщика. Завершается глава выработкой итоговых рекомендаций по порядку решения внешней задачи проектирования КССМСП.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Впервые разработан общий подход (методология) к постановке и решению задачи проектирования КССМСП, который базируется на учете роли и места КССМСП в общей проблеме освоения морских месторождений нефти и газа в море и в структуре НГПФ в частности. Показано, что проектирование КССМСП - не самоцель, а лишь средство для достижения главного результата, - добычи нефти и газа в море, - который достигается в том числе, через строительство МСП различных типов.

При разработке общего подхода:

- определены пути развития и поставлены четыре новые задачи в области совершенствования методологии НПЕ5 и КССМСП в том числе: задача разработки аппарата согласованной оптимизации комплексов судов (аппарата координирующих воздействий (АКБ)), входящих в состав НГП-З; задача разработки аппарата синтеза структурных образований (ССО) или подразделений, составляющих НГО5; и задачи разработки методологий трансформации АКВ и аппарата ССО при формирования НГП5 в зависимости от горизонтов решаемых задач;

- определены роль и место КССМСП как составной части НГПФ в общей проблеме освоения морских месторождений нефти и газа;

- рассмотрены многообразие и проанализированы особенности постановок задач по формированию КССМСП; выявлены наиболее целесообразные из них;

- выявлены особенности формирования критериальной функции, при этом построена методика количественного учета в критерии доиспользования судов;

- исследованы массо-габаритные характеристики МСП различных типов (МЛССП, ГБССП, КВП, ИО), как специфичного грузе для судов;

- исследованы способы строительства МСП различных типов;

- исследованы технико-экономические параметры судов,участвующие в строительстве МСП различных типов (МЛССП, ГБССП, ЖБП, ИО);

- разработана классификация грузов, с которыми работают суда при строительстве МСП;

- выявлены специфичные черты строительно-монтажных работ в море;

- предложены четыре подхода к решению задачи проектирования КССМСП в зависимости от ситуации на бассейне: комбинаторный, схемы-претенденты, с применением АКБ, с решением задачи ССО;

- показано, что решение задачи проектирования комплекса для строительства некоторых типов МОП должно базироваться на балансе площадей, необходимых для перевозки грузов на ВП судов, а не масс;

- предложена общая схема формирования судов-претендентов в состав КССМСП;

- разработана общая схема функционирования судов при строительстве МОП.

П. Конкретизируя общий подход к решению внешней задачи проектирования КССМСП, были разработаны:

1. Практическая методика проектирования КССМЛССП.

2. Практическая методика проектирования КССИО.

3. Методические рекомендации по проектированию КССГБССП.

. 4. Методические рекомендации по проектированию КССЖБП.

В состав каждой из указанных четырех методик и методических рекомендаций были выполнены: постановка задачи, рекомендованы критерии, исследованы характеристики МСП, определены способы строительства МСП, сформированы суда-претенденты, разработаны модель функционирования и подход к решению (или решение) задачи. Методика формирования КССМЛССП включила разработку методических положений по учету месторождений с различными удаленностью и характеристиками грунта на месте установки МСП.

Ш. С целью информационной поддержки проектирования КССМСП, а также для проверки ряда .других методических положений диссертации были разработаны:

1. Практические методики по проектированию К) типоп гудов: КС, СТБ, РБ, ПЛОТ сложной конфигуррции, ЦС, (трех типов - спасатели, многоцелевые, кантовщики), МЧЗ, МП. По трем типам судов (СТБ, ПЛОТ, ЦС) методики не имеют отечественных аналогов.

2. Методические рекомендации по проектированию трех типов судов: КМС, СЭС, ТМС.

3. Практическая методика определения мощности буксира определенного типа для буксировки баржи с заданной скоростью

на тихой, глубокой воде. При этом бьша поставлена задача выбора буксира не только по требуемой расчетной мощности, но и в зависимости от соотношений водоизмещений буксира и буксируемого объекта.

1У. В виде программ на ЭВМ были реализованы следующие практические методики:

1. Методика проектирования КССМЛССП.

2. Методика проектирования КССИО.

3. Методики проектирования 10 типов судов: КС, СТБ, РБ, ПЛОТ, ЦС, БС (трех типов), МЧЗ, ГШ.

Но результатам серии численных экспериментов оказалось возможны! констатировать адекватность предложенных методик реальным условиям и разработать ряд практических рекомендаций по выбору состава к проектированию судов для строительства МСП.

Основные положения работы отражены в следующих работах соискателя:

1. Синьковский А.П. Формирование комплекса судов для доставки и установки крупногабаритных конструкций в море// Актуальные вопросы проектирования судов: Сб.науч.тр./ЛКИ, Л., 1986. С.112-114.

2. СинькоескиЯ А.П. Исследование рационального состава комплекса судов для морских строительно-монтажных работ// Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР: Тез.докл. на I Всесоюзн.научко-техн.конференции 24-26 июня 1986, М., 1986. 4.2. С.170-171.

3. Синьковский А.П. Разработка математической модели функционирования комплекса судов для доставки и установки стальных свайных платформ// Учет особенностей Дальневосточного бассейна при проектировании и модернизации судов: Тез. дскл. на IX Дальневосточной научно-техн.конф.11-13 сентября 1986, Владивосток, 1986, с.91.

4. Методика обоснования потребности в судах и плавучих ■ технических средствах на поисково-разведочном этапе. . Утв. зам.Министра газовой промышленности 24.12.86, М., 1987, 120 с.

5. Формирование комплексов технических средств освоения морских месторождений нефти и газа: Методические рекомендации/ Сост.И.Д.Креймер, Ю.Н.Семенов, А.П.Синьковский. Институт экономики океана. Владивосток: ДВО АН СССР, 1987, ЬЬ с.

6. Синьковский А.П. Модель проектирования точечного перегрузочного причала// Проектирование судов и плавучих технических средств: Сб.науч.тр./ ЛКИ. Л., 1987. C.I03-I05.

7. Глухова Н.В., Синьковский А.П. Анализ типов платформ для морей с различным ледовым режимом// Труды научно-техн, конференции ЫИНХ и ГП им.И.М.Губкина 26-28 февраля IS87, M., 1987. Депонированный сборник, 4 с.

8. Семенов Ю.Н., Синьковский А.П. Последовательность использования структурно-функционального потенциала при проектировании к эксплуатации судов// Проектирование морских судов: Сб.науч.тр./ ЛКИ, 1988. С.28-32.

9. Проектирование комплекса судов для строительства железобетонных платформ в море// Опыт проектирования и модернизации судов для Дальневосточного бассейна: Тез. докл. на X Дальневосточной научно-техн.конф. 14-16 сентября 1989, Владивосток, 1989, с.96.

10. Синьковский А.П. Формирование комплекса судов для морских строительно-монтажных ра'бот из укрупненных модулей: Тез.докл. Всесоюзной школы молодых ученых и специалистов по проблемам модульного судостроения. Л., 1989, с.18.

ШО "Пегас". Зак.гЗЭ. Тир.90.