автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Разработка методики проектирования комплексов технических средств транспортировки нефти с морских месторождений

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЫЖКОВА

Елена Николаевна

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА /МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ТРАНСПОРТИРОВКИ НЕФТИ С МОРСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

05.08,03 — проектирование и конструкция судов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

[ п I

Ленинград 1991

Работа выполнена в Ленинградском государственном морском техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

СЕМЕНОВ Ю. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор МАЛЫЙ П. А., кандидат технических наук, старший научный сотрудник МОРЕИНИС Ф. А. 1

Ведущая организация ВНИПИморнефтегаз.

Зашита состоится «<251 1991 г. в час.

в Сй-^С/??, на заседании специализированного совета К053.23.03

по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Ленинградском государственном морском техническом университете по адресу: 190008, Ленинград, ул. Лоцманская, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского государственного морского технического университета.

Автореферат разослан « <4 »

1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук, доцент КРАСНИЦКИИ А. Д.

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальноать теш. Истощение ресурсов земных недр поставило вопрос об освоении богатств Мирового океана. Особенности географического положения СССР обусловило размещение значительно! части перспективных топливно-энергетических ресурсов в шельфовой зоне; Иг освоэнпа икеет огроиноо значение да развития вкономеки страны. Б "Основных направлениях акономн-ческого а соцнашюго развитая СССР на 1986-1990 года н на период до 2000 года" говорится о необходимости "ускорить освоение нефтегазовых местороздзней на контгнэнтаяьноы шельфа и формировании необходимой для этого производственно-технической базы". В соответствии с ятем с 1966 года наметилось увеличение морской нефтедобыча, объем которой а началу 1920 года составил 1.8$ от общей добычи нефти в стране. Наиболее перспективными з настоящее время язляатся нефтяные и газовые месторождения арктического и- дальневосточного бассейнов, где сосредоточено более 85$ разведанных запасов нефти, освоение которых потребует более 30 млрд.руб. капитальных влохепкй.

В связи о ускорением освоения ресурсов корских нефтепромыслов возрастает роль транспортировки добитых углеводородов с месторождения на берег, как специфического участка производственного процесса,от которого народному хозяйству требуется надежная и ритмичная работа. От надежности функционирования комплекса технических средств транспортировки (КТСТ) добытой нефти в значительной степени' зависит эффективность л безаварийность работы большинства технических средой нефтепромыслового флота.

Одной из существенных особенностей процесса транспортировки нефти с морских месторождений является возможность доставки нефти.как с помощью нефтеналивных судов, так и о помощью сети подводных нефтепроводов. Это обуславливает присутствие в ЗСТОГ большого числа технических средств плавучего и стационарного типов. Поэтому, решение задачи выбора способа транспортировки дая конкретного района нефтедобычи и соответствующего ему комплекса технических средств, его рационального качественного и количественного состава и параметров функционирования имеет важное значение.

Цэлыэ диссертационной "работы является создание методики проектирования комплексов технических. средств транспортировки нефти с морских ыестороядекиЁ, а тахгз' разработка практических рекомендаций по внбору способа транспортировки, качественного и количественного состава, схеш работы в основных проектных г «коношческих характеристик технических средств.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том,

что:

- разработана методика проектирования комплексов технических средств транспортировки, базирующаяся на двухуровневой математической. ыодздн, позволяющей решать внешнею и внут-решаш задачи проектирования судов KICT;

- создана математическая модель структурного анализа КТСТ в целой и его составных частей;

- созданы ыэтодики и математические модели проектирования то2йич0ских средств транспортировки нефти с морских ме-стороддани2: составных судов, плавучих и стационарных нефте-хранягзд, одноточечных ре£довых причалов, трубоукладочных судов водоазмзцавдзго и нолупогрукного типов, трубозаглуби-тельннх судов и сети транспортных морских нефтепроводов;

. - разработаны математические модели функционирования комплекса транспортировки с использованием танкерного флота, ЕСфтвналшвгнх судов и промежуточных нефтехранилищ и математическая модель функционирования технических ёредств строительства соте морских нефтепроводов с учетом влияния гидрометеорологических уел овей на эксплуатационные характеристики технических средств комплексов.

Теоретической розовой диссертационной работы являются теория проектирования и оптимизации судов, работ Алика В.Б., Бронникова A.B., Гайковича А.И., Пашна В.М., Семенова Ю.Н., Челланова И.В., Царева Б.А., а такяе исследования по пробде-ыаы проектирования комплексов технических средств освоения Мнрового океана, изложенные в работах Семенова Ю.Н., Челпа-нова И.В., Крупнова Г.К,Семенчвнко А.Н., Зимина А.Д., Ли-сагора О.И., Ракова А.И., Савелова A.B., Тахватулина М.А.

Практическая ценность. Разработаны методики и математические модели проектирования KICT. Создан пакет прикладных программ проектирования комплекса транспортировки добытой нефти, результаты расчета которого могут быть использованы:

- в цроектно-конструкторских организациях дня обоснова-

ния выбора проектных характеристик технических средств КГСТ;

- в научно-исследовательских и планируищих организациях при выборе качественного и количественного состава КГСТ, оценке эффективности функциострования существующих судов и технических средств транспортировки нефти, дня проведения экспертизы проектов судов и технических средств.

Внедрение результатов работы. Материалы диссертации были использованы в практике научно-исследовательских и проектно-, конструкторских работ ВНШИморнефтегаз и ДНИШФ.

Апробация работы. Основные положения а результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании секции САПР НТО иы.акад. А.Н.Крылова (Ленинград, 1985 г.), на IX Дальневосточной научно-технической конференции "Учет особенностей Дальневосточного бассейна при проектировании и модернизации судов" (Владивосток, 1986 г.),на Всесоюзной школе молодых ученых и специалистов по,проблемам модульного судостроения (Клайпеда, 1967 г.), на! Дальневосточной научно-технической конференции "Опыт проектирования и модернизации судов дая Дальневосточного бассейна" (Владивосток, 1989 г.).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 5 печатных работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения (150 стр., 23 рис., 40 табл.) и 9 приложений. Список литературы содержит 134 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируется цель исследования, описывается объект исследования, определяется назначение комплекса технических средств транспортировки нефти.с морских месторождений и его место в общей структуре нефтегазопромыелового флота.

В цервой главе анализируется современное состояние и тенденции развития технических средств плавучего и стационарного типа, используемых при транспортировке добытой нефти и связанного с ней обустройства месторождения, формулируется задача исследования и проводится обзор -научных трудов по теме диссертационной работа.

Одной из существенных особенностей процесса транспорта-

poiss добытой нефта задается возможность доставки её потребителю как с помощью нефтеналивных судов, так к с еошщыо cesa подводок трубопроводов. Поэтому в общей сзстеыз траяс-портцроькн иогно выдоить тра основных способа доставав нер-га, спрододяицах налпгепБ соответствухщих подсистем: танкерной подсистзш 5фаасдор2нровки; танкерной подсистема с бу-g-eprnai ЕефгззранвлЕдаы плавучего или стационарного типа 2 грубопроводяоЗ подсистеш транспортировки. В некоторых случаях в расс-отраппо задача вводится композитная подсистема транспортировки, включахщая в себя азеыенты приведенных вшз подспсгеа. В соответствии с требовандяш народного хозяйства сзстеца транспортировки ке-$та дешзза обеспечивать в кратчаЁ-срок и с шшшадъныш затратам решенп? следуаадх задач: I) ^фокзнвное ^»тнЕВДонЕрованзэ все2 систеыы добычл нефти в щро; ,2) надеЕгув транспортировку нефть.

. Пра ргианна лерочдслэннкх задач необходимо учитывать следузазге положения:

1. Треиспоригровга не^ст осуществляется ыезду пунктами, ода:ы кз которых является набор зефтедобычннх структур на шсгороздзЕЕЕ s опсрагоя море, другим - береговая база. Интенсивность добыта наргл а её зралспортаровки hsescthh.

2. Доставка ясфт осуцэстааяетьн с црщгененвем танкерной, трубопроводной еле композитной схеии. Существенные отличая crpys27i¡a, состава л ыетодов йункцгонврованвя рассмат-рнваешг ИСТ hsSes обусловили необходимость раздельного ез-дохешш особенностей постановкн задача ез проектирования.

3. При огсугспиш трубопроводной сети для транспортировав нбфтз' на берзг. щншзвяэтся однозтапнан ели двухэталная cxeis загрузкк градспоргяых челночных танкеров. Цри одно этапной схеш транспортная сдстеыа работает по дрзнццлу"компактной деенн", сшсл Еоторо! заштчается в обеспеченна непрерывной подача нефти на танкеры.

4. Швартовка танкеров производится лпбо непосредственно к шищуагавдовдо-чЗуровой платформе, либо к одноточечному рсадоаоуу причалу (0И1), когорт является передаточным звеном мезду буровоЗ платфоржзй и танкером. Существенным недостатком casoS оргаяизаще транспортных работ является зкономческае потерн от простоя асЕпажа н ¡зиергетичесаоЗ установки(ЗУ) танкера в процесса ведения шгрузочно-разгрузочнпх работ. Доэ-

• тому на ряда ыастороедешй лрз одноэтапноЁ схеме транспорта-

ровки нефти целесообразно использование не традиционных тан-херов, а сочлеияицшгся (составных судов). Среди преиьфдеств . доставки нефти таннм способом следует отметить сазращзниэ сроков и капиталовложений на осЕоенке мзстсроядзнзя, т.к. обеспечивается значительное сокращение времени простоев 37 судна при проведении погруз очно-разгрузочных работ.

Для гоЕиенсашк возможной разница в тейпах добычи нефти и её потребности в пункте назначения, а такзз в случае экономической целесообразности использования минимального количества нефтеналивных судов применяется двухэтапная схема транспортировки нефти. Она предполагает, что первоначально добытая нефть перекачивается с засплуатацаонно-буровой платформы в специальную буферную емкость. По мере заполнения морского нефтехранилища нефть перегружается в транспортные челночные танкеры. Емкость нефтехранилища определяется в соответствии с интенсивностью транспортировки, т.е. порщальнос-ти вывоза нефти. Этим обеспечивается необходимый уровень ре~ гулярностн и надежности морской транспортировки нефти, особенно в районах со сложными гвдроыетеоусловиями.

Под морской трубопроводной системой в работе подразумевается взаимосвязанная система морских магистральных трубо- . проводов, трубопроводов обустройства и промежуточных насосных станций. Среди преимуществ использования трубопроводного транспорта следует отметить возможность эффективной зксплуа-тации нефтепромыслов в замерзающих районах Мирового океана, обеспечение непрерывной подачи добытой нефти на берег, высокую надежность и низкие эксплуатационные затраты по сравнены) с транспортировкой сырья с помощью плавучих средств. С другой'стороны, строительство трубопроводной сети сопряжено с большими капитальными затратами, а её использование связано с высокой сложностью устранения возможных повреждений,что влечет значительные ремонтные расходы.

Таким образом, рассмотренные схемы транспортировки добытой нефти обладают своими преимуществами и недостатками, а следовательно своими областями рационального использования. Множество сочетаний технических средств КГСТ и способов организации их функционирования образуют набор возможных вариантов, рассматриваемых в данной работе. При этом, на решение задачи накладывается ряд ограничений, связанных с: объемом запасов нефти на рассматриваемом месторождении, временными

-промежутками создания и введения в эксплуатацию КГСТ; удален-ностьи от береговых баз, их обустроенностью и ремонтопригодностью; глубиной, рельефом и структурой дна на трассе "ме-стороддение-береговая база"; гидрометеорологической обстановкой в районе нефтепромысла.

Дополнительным ограничением является величина количественного состава технических средств, вследствие ограниченных возможностей их строительства в' СССР или заказа за рубежом.

Все технические средства работают в течение полного периода аксплуатацви. Величины времени и стоимости возможного доиспользования технических средств в плановый период налы, поэтому их учет реализуется с помощью набора коэффициентов.

Для отражения изменчивости условий эксплуатации в задаче рассматриваются различные регионы использования КГСТ, что позволяет провести анализ всех факторов, влияющих на выбор схемы транспортировки для конкретного месторождения.

Во второй главе предложен, аппарат и проведен структурный анализ системы транспортировки нефти, обоснованы основные положения, используемые при формулировании задачи, цри-ведена математическая модель задача проектирования КГСТ.

Многовариантность задачи выбора рационального качественного и количественного состава КГСТ нефти обуславливает поиск способов возможного уменьшения размерности векторов исходной информации. Поэтому в работе были проведены исследования по использованию технических средств КГСТ в различных условиях эксплуатации на базе статистической информации и проведения коллективной экспертной оценки. £ результате было сформировано усеченное множество элементов системы транспортировки,. представляющих интерес дня дальнейшего рассмотрения.

Для проведения анализа сложности и структурной устойчивости КГСТ был использован аппарат теории симплексов и теории гра$ов. Выполненные расчеты показали, что структура комплекса транспортировки нефти является сильносвязанной, т.е. обладает высокой степенью надежности в широких диапазонах изменений состояний внешней среды. Рис.1.

Из рассмотренной формулировки задачи следует её математическая модель, в которой оптимизируемой переменной является необходимый качественный и количественный состав КГСТ:

mxm= с с £ ftnti-Xnkt , m=Mi

в«* i-i v>l \ » ®

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ГОЭВДИШ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТИРОВКИ НМГИ

Исходные дашше матрица инциденщй КТСТ В/21,21/

I

Исследование матрицу инцидента по строкам /з по столбцам/: 1= 1./2/

-г--—

Расчет фушсцаи загрузвнности элементов матрицы инциденщй /Ш/_

иг

т-а

Выполнение -анализа структуры производственно! подсистемы /1Ш/ ' -

1

¡Выполнение ^-анализа 5¡структуры обслуживающей {подсистемы /ОП/_

I

Построение структ^ного вектора подсистем

■РГ

у[122232ПП}и 7 [12343321}'

X

Расчет эксцентриситета симплексов подсистем КТСТ: м(д). _

ЕС

За

10

Х13>Х18,Х20'Х21 * ^

II

X

Х2,Х4,Х7'Х13 * ^

12

X

Оценка сложности структур подсистем КТСТ: (мчУ(м-а)

1'1

13

Кр = 1.746

15

14

Кр = 2.333

Определение функции принадлежности объектов КГСТ к /Ж/ или /ОП/: ц (х)=А/( 1+В * ехр (-СХ))

1б| Еывод резулыатов расчета

Рис.1.

Г

7

Xnsg =Uj/<Tj.Un»j>

О, если г -тое техническое средство КГСТ п-го типа где « - = не используется в j.-том виде работ

\ [I, если s-тое техническое средство КТСТ n-го типа

используется'в ¿-том виде работ, U^ - объем j- -того вида работ,

- плановый период выполнения j. -той работы по обеспечении транспортировки нефти, производительность а-го технического средства п типз при выполнении j. -го вида работ, m - индекс месторождения проведения работ по транспортировке нефти. ■ Критерий рассматриваемо! задачи формулируется в виде:

PRг[£ £ £ Cn.- Е-К^З/Q —min,

где cnl, kn* - эксплуатационные и капитальные затраты на z -тое техническое средство п -го типа, Е - нормативный коэффициент эффективности, -К."5® - коэффициент экономических потерь при возможном доиспользованаи е технических средств п. ти-'1 па у варианта комплекса, Q - объем нефтедобычи. Если суммарные капитальные и эксплуатационные затраты представить в виде v

if Р* tj

CÇX.m) » £ ££ МгеГ ХПа\ • Сг.г — min

n«i \ О «

то pRy= lc(xm> е-кО^У0 —,vln -я

где т±.T£ - случайные величины времени простоя системы добыча и хранения-нефти, 8ер - средняя величина простоя технических средств КГСТ,

2>£ХГГ,~) - суммарный ущерб от ненадежности системы, H - надежность системы при выполнении поставленной

задачи транспортировки нефти. Повышение уровня надежности рассматриваемо проекта КГСТ способствует снижению его эксплуатационных затрат, но значительно увеличивает первоначальные капиталовложения на создание комплекса. Поэтому, с экономической точки зрения, увеличение надешости необходимо лишь до некоторого, наперед

•заданного уровня, т.о.

вер)!

K. f èlC

где л К , tkC - показатели увеличения капитальных затрат и уменьшения эксплуатационных расходов при улучшении показателей качества надежности технических средств КТСТ.

Область допустимых значений оптимизируемых параметров определяется следующими ограничениями:

Величина стоимости объема запасов нефти на месторождении долзша превышать суммарные приведенные затраты комплекса технических средств освоения морского месторождения.

flQ CQ-t 5 PR ХИТ

^Q'CQ1 * *"PRKTC > «eCO,^

где Сд - стоимость добычи одной тонны нефти на региональном месторождении, t - время эксплуатации данного месторождения, ос - коэффициент, учитывающий долю приведенных затрат КТСТ в составе суммарных приведенных затрат комплекса освоения морского месторождения. Суммарна* производительность технических средств КТСТ должна быть равной, или превышать потребный, объем работ по обеспечению транспортировка нефти 17„отр-.

S S S UrrtEj *r«*î'Urt» ^"««p

где - жеплуаталтонннй период технических средств КТСТ,

Urtï - плановый объем работ.

Дяя танкерного способа транспортировки нефти это ограничение модифицируется следующим образом:

Qc ♦ - <*• £ £ Pn« Xne « W

' ■ •»•! »«I

где Qc - суточная добыча нефти,

- доля емкостного хранения от ежедневного вывоза, pnS - грузоподьешость г-го судна п-го типа в КТСТ, V - емкость буферного нефтехранилища. Вводятся: I) ограничения на технические параметры, определяемые требованиями н проектным характеристикам технических средств КТСТ из условий будущей эксплуатации:

2) Ограничения на эксплуатационные параметра, определяемые требованиями' к функвдональным характеристикам технических средств КГСТ, а.именно: на глубинах свыше 70 ы применение стационарного нефгехрлкклища нецелесообразно, а удаленность месторождения свыше 1000 кы ставит вопрос о нецелесообразности применения трубопроводного транспорта для доставки нефти.

3) Ограничения на количественный состав технических средств в региональном КГСТ:

л m < V т

л nk ~ л jag möx

где Хдад>маг - максимально допустимое количество технических средств в составе КГСТ. Рациональным считается тот вариант комплекса транспортировки нефти, у которого при выполнении всех наложенных ограничений обеспечивается достижение минимума целевой функции.

Третья глава посвящена разработке математических моделей проектирования нефтеналивных судов комплекса, нефтехранилищ плавучего и стационарного типов, одноточечного рейдоЕого причала, сети транспортных нефтепроводов, трубоукладочных судов водоизмецавдегс и полупогрушого типов и трубозаглубительно-го судна.

В соответствии с заданием на проектирование выбор элементов танкера производился в диапазонах: L = 100 * 200 и, ц/В = 5.3 * 6.7 В/Г = 2.13 + 3.16

НД = 1.3 1.5 h = 0.0S * 0.24

ré = 0.78 «• 0.8S = 7700 + 23800 кВт

* = 9 + 35 6m = 2400 + 3000 кг/см2

Основным критерием дяя выбора рационального варианта танхера является швшмум относительных приведенных затрат, определяемых на основе расчета капитальных затрат и эксплуатационных расходов по каждому из рассматриваемых вариантов.

Количественный состав танкерного флота в KICT вычисляется по формуле:

= tfiftiap* ^ май * t-osa ) /t погр

где t* - время кругового рейса танкера,

tpasep- время проведения разгрузочных работ в порту, tnct - время проведения погрузочных работ на промысла, Ччан - время маневрирования на месторождении и в порту,

■ а также время непроизводственных стоянок, too« - суммарное время простоев по гидрометеоусловиям.

Исходными данными для обоснования параметров составных судов (СС) служили характеристики грузопотоков, нормы грузовых работ в портах и дальность плавания. Выбор элементов СС производился при варьировании скорости хода и грузоподъемности в диапазонах: ~ 84 14 уз, Р^гбОО+КООО т.Велачша водоизмещения в первом приближении определялась через коэф-_ фициент утилизации водоизмещения по дедвейту, а мощность главного двигателя - но формуле адмиралтейского коэффициента

у». -£- >

где с - адмиралтейский коэффициент, швзт бить вычислен по апроксимиррщей зависимости (<»»,= -3.5, 64=89.1, -79.7). Математическая модель предусматривает расчет элементов с стоимостных характеристик. СС при жестком и при шарнирном сочне-нении его грузовой и энергетических частей. Численный состав энергетических и грузовых секций в когшлексз СС вычисляется

как

И ос в ^

О- Тр 1

^р Такс '

-+2 I

Рар Д^р ]

где Тр - время кругового рейса СС, Тзкс - эксплуатационный период СС,

- количество рейсов СС за йхсдлуатащоншй период, В качестве плавучих нефтехранилищ рассматривались суда танкерного флота, срок слукбы которых подходит к концу. Вместимость танкера-претендента рассчитывалась по формуле:

(л* о.а^-Ыхр

Переоборудование танкера в хранилище требует проведения ряда рабо, ведущих к изменению нагрузка судна. Вследствие этого были произведены расчеты величин осадки и водоизмещения порожнем плавучего не^тезгаанилкща (ПНХ)

с ппса + Pgan.eS. - Реи.ов.

где Ру.сг об,Рсн ос5- массы дополнительно устанавливаемого и снимаемого оборудования, Ь, а , о - длина, ширина и коэффициент общей полноты танкера-претендента. В рамках формирования математической модели проектирования стационарного нефтехранилища (СНХ) были проаналлзиро-

ванн возмовнне архитекаурко-конструктивные типы CHX, разработаны зависимости, позволяющие определить массо-габаратные характеристики верхнего строения и основания CHX, а также массовые характеристики оборудования хранилища.

При проектировании ОГО были получены формулы для определения главных размероний причала, его водоизмещения, основных характеристик буя и якорного устройства ОРИ, а также его стоимостных характеристик.

При'проектировании сети транспортных нефтепроводов были решены следующие задачи: определены конфигурации трассы трубопровода и условия его прокладки, оптимизированы величины потоков и пропуснных~способйостей трубопроводов, определены конструктивные параметра трубопровода (диаметр, температура, давление, шаг насосных станций.), оцределен уровень резервирования трубопроводных нитей, исходя из условия обеспечения надежности транспортировки. Как показал расчет экономических характеристик трубопроводной сети, стоимость морских нефтепроводов во многом зависит от эффективности трубоукладочных и трубозаглубительных работ.

На базе статистического материала по трубоунладочным судам водоизмещающего (Ш 1УС) и полупогружного (Ш ТУС) типов, а также несамоходным судаы-понтонам предложена методика расчета их основных проектных характеристик. Выбор главных раз-мереннй Ей ТУС основывается на совместном решении уравнений плавучести, масс и остойчивости. Уравнение вместимости для ВИ ТУС не рассматривалось, т.к. основная часть груза (трубы для укладки) располагаются на верхней палубе. При построении модели получены: I) зависимости, для определения в первом приближении коэффициентов полноты ВИ ТУС самоходного и несамоходного типов; 2) формулы и численные значения измерителей, позволяющие производить расчеты составляющих нагрузки; 3) зависимости дая определения мощности ЗУ, обеспечивающей проведение трубоукладочных работ и перемещение судна; 4) формулы для определения стоимостных характеристик ВИ ТУС.

Для трубоукладочного судна полупогружного типа величины водоизмещения и грузовместимости в первом приближении определяются с помощью коэффициентов использования полной массы по грузовместимости и удельного погрузочного объема труб на судне. В результате анализа статистической информации полу-

чет устойчивые интервалы изменения соотношений главных размеренна и коэффициентов полноты для-надводного и подводного корпусов судна, а также зависимости для определения объемного „ водоизмещения и размеренна, подводной части колош. Получены формулы и численные значения измерителей для вычисления составляющих нагрузки, предложены эмпирические зависимости для расчета полного сопротивления и модности ЗУ для самоходного ' и несамоходного вариантов 1Ш ТУС.

Разработана математическая модель сравнительного анализа ТУС рассмотренных типов, позволяющая определять области их рационального использования.

Проанализированы возможные способы ведения трубозагдгби-телькых работ я архитектурно-конструктивные типы трубозагду-бительных технических средств (ТЗС).На основании статистического материала получены аналитические зависимости дая определения душны судна, коэффициентов полюты а интервалы значений дая определения отношений 1-/В, В/Г, НД. Разработаны формулы для расчета массовых характеристик 'ЛЗС и трубозаглубительно-го устройства (ТЗУ). Скорость проходки ТЗУ рассчитывалась по формуле: _От»- $_

"о^сви^у**/*^-

где QTa - номинальная производительность ТЗУ, г>„ - наружный диаметр трубопровода, « - угол наклона стенок разрабатываемой. траншеи,. - плотность грунта в районе проведения работ, Pmss - масса трубозаглубительного устройства.

Рассмотрены условия устойчивости ТЗУ. Получены аналитические зависимости для определения основных размерений ТЗУ как'функции от Ртзу и характеристик разрабатываемой траншеи.

Четвертая глава посвящена построении и практической реализации математических моделей проектирования комплекса транспортировки добытой нефти и1 технических средств, входящих в его состав (составных судов, танкеров, одноточечных реЁдошх причалов, нефтехранилищ пладучего и стационарного типов, тру-боукладочных судов 'водоизмещаюцего и полупогружного типов, трубозаглубительного судна, сети транспортных морских нефтепроводов). Разработанные методики позволяют производить расчеты рационального качественнсго и количественного состава КТСТ и определять наиболее эффективные схемы работы комплекса. Особенностью созданной методики проектирования КТСТ является то, что она по свое! структуре состоит из двух саглостоя-

тельных математических моделей формирования комплекса транспортировки нефти: I) на основе использования флота нефтеналивных судов, 2) с помощью сети морских нефтепроводов. Минимальной исходной .информацией дал модели проектирования КТСТ является: удаленность месторождения, сведения о суточной добыче нефти, глубине моря в районе ведения работ, географического расположения зоны месторождения, яедопроходимости и на-вигащгонноы периоде, данные о длительности операций,выполняемых нефтеналивными судами и простоев по.гидрометеорологическим условиям, требуемая обеспеченность волнения, а также основные характеристики технических средств, входящих в состав рассматриваемого комплекса.

Предлагаемый алгоритм охватывает "танкерную" подсистему транспортировки и подсистеьу транспортировки "с использованием нефтеналивных судов и промежуточных нефтехранилищ". Отличительной чертой алгоритма является возможность проведения расчетов дая комплексов, работающих как в незамерзающих морях, так и на акваториях, характеризующихся наличием ледовой обстановки. Укрупненная блок-схема алгоритма представлена на рис.2. На начальном этапе алгоритма принимается решение об использовании буферного нефтехранилища и выборе его типа.Да-лее производится обращение к подпрограммам расчета технико-шономических характеристик(ТЭХ) одноточечного рейдового причала и нефтехранилищ обоих типов. Блок 6 вводит дополнительные сведения о качественном и количественном составе технических средств строительства и обслуживания, необходимых на этапе создания буферного нефтехранилища. В блоках 7-9 производится выбор типа нефтеналивных судов, расчет их ТЭХ и временных параметров транспортировки. Далее принимается решение о необходимости использования в комплексе ледокольных судов. В блоках 13-14 производится расчет численного состава КТСТ и его экономических характеристик. В блоке 15 выполняется операция сравнения полученных результатов и определяется вариант,обладающий минимальным значением целевой функции.Аналогичным образом составлен алгоритм проектирования КТСТ трубопроводной схемы транспортировки нефти.

Разработанная математическая модель проектирования КТСТ реализована в виде пакета прикладных программ, созданного на языке ФОРТРАН. С целью проверки адекватности созданных математических моделей реальным условиям, определения их чувствительности к вектору исходных данных была проведена серия числовых жсперяиентов, по результатам которых можно сделать

БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ КГСТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕФТЕЕАЖВНЫ СУДОВ

Исходные данные

I геологические географические гидрометеорологические организационно-технические

ПНХ -<"*5ТНаличие - СНХ

Расчет временных составляющих и суммарной продолжительности цнкла транспортировки: Ттяш., Т с

нет __.—-Г Наличие""-^_да

Подпрограмма расчета 1ЭХ. ледокола « и характеристик ледовой проводки

12 Уточнение временных составляющих транспортного цикла: 1т-л, tee-.il

■ * "

13 Расчет численного состава: I/ танкеров; 2/ грузовых и энергетических секций составных судов

*

14 Определение экономических характеристик системы К.С.РЯ

t

ь Выбор наилучшего варианта по критерию: РЯ/О. |

Рис.2.

следукцЕО выводы:

1. Состав ШСТ существенно зависит от вектора исходной информации. Проведенные исследования характеристик функционирования различных комплексов транспортировки нефти в зависимости от удаленности береговой базы показали, что:

- трубопроводная подсистема транспортировки малочувствительна к расположенно береговой базы. Удаленность порта

влияет на эффективность использования нефтепроводов опосредованно, через технические средства, используемые на этапе строительства трубопровода, и суда снабжения, обслуживания и сопровождения, обеспечиважацае необходимый уровень надежности эксплуатации транспортных трубопроводов;

- удаленность берегового порта от районов добычи нефти для танкерной подсистемы транспортировки оказывает существенное влияние на характеристики функционирования судов, входящих в эту подсистему, а также на выбор их грузоподъемности, скорости хода и мощности ааергетической установки, а следовательно на величину асоношческих показателей, Аналогичные рассуждения справедливы и для составных судов, т.к. их грузоподъемность существенно влияет на количественный состав грузовых и энергетических секций, используемых при транспортировке нефти при прочих равных условиях;

- увеличение удаленности приводит к росту затрат на создание стационарного нефтехранилища, а следовательно возрастают суммарные относительные приведённые затраты на транспортировку нефти с его применением.

2. Существенное воздействие на формирование качественного состава комплексов транспортировки оказывает глубина моря в районе месторождения и на переходе к нему. Так целесообразность использования стационарного нефтехранилища определяется глубинами 60 - 75 м. Этими же глубинами ограничивается применение одноточечных рейдовых причалов типа САШ .

3. Увеличение объемов нефтедобычи О. повышает количество судов в танкерной подсистеме транспортировки, а также влечет рост их грузоподъемности и емкости буферных нефтехранилищ, что сказывается на экономических характеристиках рассматриваемой подсистемы. Цля трубопроводного транспорта увеличение

О связано с уменьшением значений удельных капитальных затрат. Так при увеличении годового объема нефтедобычи со 100 до 2500 тыс.т капиталовложения на создание трубопровода

длиной 100 жы снижаются в 4.6 раза, а при дгпше 500 км - в 12.2 раза, лрн прочих равных условиях.

4. Проведенные исследования надежности аксплуатаща различных ЮСТ нефти показали, что:

- при удаленно ста местороздения до 300 кы уровень наде®-но с иг трубопроводе) 2 транспортировки в средней на 10;% вше, чем цра ираяспортцровке с использованием нефтеналивных судов. Увеличенае удаленноста мзстороЕдения до 1000 км влечет за собой снижение надежности использования нефтепроводного транспорта вследствие увеличения вероятности повреждения трубопровода и сняЕения оперативности проведения ремонтных работ;

- на уровне надежности танкерной транспортгровки нефти увеличение удаленности и сроков эксплуатации кесторовдензя отражается в г.'зшгой степени. .

5. Полученные расчетные техЕЕКо-зконо?.?ичэсяпз характеристики технических средств коштекса транспортировки позволяет сделать следуадие вывода:

- при одинаковых характэркстгках грузоподьемностз и гздрскетеоусловш! комплекс составных судоз в 3.0 ф 3.4 раза дешевле комплекса, состоящего из ганкзроз. Это обеяептато,! угенъЕенпем числа знергетаческих секций з комплексе, причем разница в стош,тоста тем больке, чем меккпа чзсяо знергетхгсэ-скнх секций составных судов присутствуют в его составе;

- существенным ограничением использования составных су-дое является значение уровня обеспеченности,прздетавяящз! собой интегральную характеристику надежности и ритмичности выполнения операций по транспортировке, счалнЕанпю з расча-ливанив в условиях открытого моря;

- гпдрсг,!етео$антора:«я ограничивается применение н тру-боукладочных судов водоизмелаицего типа. Поэтов при волнении свыше 5 баллов использование полулогру;шого трубоукла-дочеого судна представляется единственно зозькшш:*, ввиду отсутствия иных способов ведения трубоукладочных работ;

- проведенные исследования пхеллуатаввонннх характера- ■ стик системы 'Танкер-плавучее нефтехранилЕЦЗ-ОШ" показали, что вращение судна лишь в небольшой степени зависит от значений нагрузок окружающей среды. Основные ограничения использования рассматриваемой системы связано с уровнем обеспеченности ведения погрузочно-разгрузочных-работ в условиях открытого ыоря.

В заключении изложены основные результаты диссертационной работы. •

Б работе проведены исследования и разработана методика проектирования рационального комплекса технических средств транспортировки нефти с морских месторождений, обеспечивающего ритмичную и надежную доставку нефти потребителю.

Основными результатами работы являются:

1. Методика проектирования комплекса технических средств транспортировки, базирующаяся на двухуровневой математической модели, позволяющей решать как внешнюю, так и внутреннюю задачи проектирования применительно к исследуемому комплексу,

2. Методики проектирования технических средств комплекса транспортирован и созданные на их основе математические модели и программное обеспечение проектирования: составных судов, плавучих и стационарных нефтехранилищ, одноточечных рейдовых причалов, трубоукладочных судов водоизмещающего и подупогруж-ного типов, трубозаглубительных судов, сети морских транспортных нефтепроводов.

3. Математические модели структурного анализа системы транспортировки в палом и входящих в неё подсистем.

4. Математическая модель функционирования комплекса транспортировки с использованием нефтеналивных судов и промежуточных нефтехранилищ и математическая- модель функционирования технических средств строительства сети морских нефтепроводов с учетом : лияния гидрометеорологических условий на эксплуатационные характеристики технических средств,входящих в состав рассматриваемых комплексов.

При разработке методики проектирования комплексов транспортировки выполнено следующее:

1. Произведен анализ современного состояния работ на морских нефтегазолроьшслах, исследована значимость комплекса транспортировки в общем составе нефтегазопромыелового флота.

2. Проанализированы особенности создания и функционирования технических Средств комплекса транспортировки нефти с морских месторождений, а также перспектив их развития.

3. Разработана методика предварительного отбора технических средств комплекса на основе обработки статистической информации и проведения экспертных оценок.

4. Разработана модель структурного анализа системы транспортировки на основе использования теории графов и симшш-

•шальных комплексов. Произведена декомпозиция системы на производственную и обслуживающую подсистемы транспортйого комплекса.

"5. Разработана математическая модель задачи формирования комплекса транспортировки нефти. Построен вектор исходных данных, сформирован критерий задачи, учитывающий как затраты на создание плавучих и стационарных технических средств ко?,апекса, так и сопутствующие затраты. К последним отнесены затраты на создание и эксплуатацию технических средств строительства сети морских нефтепроводов, затраты на хранение нефти, затраты на создание резервных элементов системы.и экономические потери при простоях или доиспользовании технических средств. Сформированы основные ограничения задачи, обеспечивающие требования ритмичности и надежности транспортировки нефти.

6. Разработаны модели функционирования комплексов технических средств транспортировки с использованием нефтеналивных судов, буферных нефтехранилищ, сети транспортных нефтепроводов и технических средств её строительства, с учетом влияния гидрометеофакторов на эксплуатационные характеристики рассматриваемых технических средств.

7. Предложены'аналитические зависимости для определения на ранних стадиях проектирования основных элементов и массовых характеристик составного судна, одноточечного рейдового причала, трубоукладочного судна водоизмещавдего и полупогрук-ного типов, трубозаглубительного судна.

8. Предложены аналитические зависимости для определения основных технико-экономических характеристик стационарного нефтехранилища и сети морских нефтепроводов.

9. На базе разработанных моделей создан пакет прикладных программ на языке ФОРТРАН. Организация НЛП позволяет проводить расчеты как характеристик ИСТ в целям, так п отдельных технических средств, входящих в его состав. ППП построен по модульному принципу, что позволяет дополнять пакет новыми программными модулями и производить замену отдельных модулей на вновь разработанные.

10. Проведена серия числовых экспериментов, выполнена оценка сравнительной эффективности рассматриваемых вариантов комплексов транспортировки, проведены исследования чувствительности полученных результатов к изменению исходных данных.

Сформирован.рад практических рекомендаций по выбору рационального состава комплекса транспортировки и проектированию входящих в него технических средств.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах.

1. РЫЖОВА E.H. Особенности разработки математической модели комплексов технических средств транспортировки грузов с морских нефтепромыслов /Дчет особенностей Дальневосточного бассейна при проектировании и модернизации судов. Тезисы доклада IX научно-технической конференции. ДВПИ,Владивосток, 1986, С.94-95. •

2. РЫЕКОБА E.H.. Разработка математической модели транспортировки грузов с морских месторождений //Актуальные вопросы проектирования судов /Сб.тр.ЖИ, Л., 1986. С.109-112.

3. РЫЖОВА'E.H. Анализ проектных и функциональных характеристик дноуглубительного флота //Проектирование морских судов и плавучих технических средств /Сб.тр.ЖИ, Л., IS87,

С.100-103.

4. РЫШОЕА E.H. Модель оптимизации структуры комплекса технических средств транспортировки //Проектирование морских

судов/Сб.тр.ЛКИ, Л., 1988. С.79-82,

5. РЬШКОВА E.H. Оптимизация состава комплекса транспортировки грузов с морских промыслов //Опыт-проектирования и модернизации судов для Дальневосточного бассейна. Тезисы доклада 1 Дальневосточной научно-технической конференции. ДВПИ, Владивосток, 1989. С.98-99.

\

ППО "Пегас" Зак.72. Тир.100.