CC BY
50
УДК 629.563.23.081.4
Чунг Ань Нгуен, А. Р. Рубан
АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ СТАЦИОНАРНОЙ ПЛАТФОРМЫ «ЖДАНОВ-А»
Рост численности мирового населения провоцирует постоянное увеличение потребления энергетических ресурсов, в том числе нефти и газа. Одним из путей решения проблемы всевозрастающего энергопотребления является расширение добычи нефти и газа на морских месторождениях, где, согласно ориентировочным оценкам, сосредоточены огромные запасы углеводородов. Такая перспектива требует совершенствования оборудования и эксплуатационных качеств нефтедобывающих сооружений, к числу которых относятся и морские стационарные платформы. Чрезвычайно важным является выполнение требований к точности формирования конструкций стационарных платформ. Проанализирована точность формирования конструкций стационарной платформы «Жданов-А», эксплуатируемой в Каспийском море. Приведены ее характеристики и главные размерения. Описан метод статистической обработки результатов измерений линейных размеров конструкций джекета № 1 опорного основания платформы. По результатам исследования сделан вывод о том, что при сборке и сварке конструкция деформируется. Установлено, что интенсивность деформации в процессе сварки в 1,93 раза превышает деформацию в процессе сборки, а доверительные интервалы погрешности линейных размеров в процессах сборки и сварки увеличиваются с поднятием уровней платформы.
Ключевые слова: морская стационарная платформа, статистический метод обработки, точность, сборка, сварка.
Введение
Каспий является внутренним морем площадью около 380 тыс. км2, расположенным на 28 м ниже уровня Мирового океана. Его протяженность с севера на юг составляет 1200 км при средней ширине 320 км. Центральная и южная части Каспия являются глубоководными, максимальная глубина превышает 1 км. Доказанные ресурсы нефти в Каспийском море составляют около 10 млрд т, общие ресурсы нефти и газоконденсата оцениваются в 18-20 млрд т.
С увеличением потребности в источниках энергии вообще и в углеводородах в частности, в Каспийском море было открыто несколько крупных месторождений - им. Ю. Корчагина, Хва-лынское, Ракушечное и др. [1]. Однако подготовка к технологической разработке месторождений на шельфе Каспия сопряжена с рядом трудностей и требует, в том числе, повышения точности формирования конструкций стационарных платформ.
В связи с этим нами был проведен анализ точности формирования конструкций стационарной платформы «Жданов-А», предназначенной для бурения скважин в Каспийском море.
Характеристика морской стационарной платформы «Жданов-А»
Морская стационарная платформа «Жданов-А» (МСП «Жданов-А») установлена в туркменском секторе Каспийского моря и предназначена для бурения 16 скважин буровой бригадой численностью в 90 чел. в период бурения, с временным проживанием 8 чел. из числа персонала в период эксплуатации скважин.
Морская стационарная платформа «Жданов-А», опорное основание которой установлено на глубине 17 м, состоит из устьевой платформы, опирающейся на два отдельных джекета (дже-кеты № 1 и № 2), и жилой платформы, опирающейся на один джекет (джекет жилой платформы). Ситуационный план МСП «Жданов-А» представлен на рис. 1, общий вид - на рис. 2. Главные размерения устьевой платформы, м [2]:
- опорное основание х В х Н: 50,0 х 40,0 х 29,6;
- верхнее строение х В х Н: 65,0 х 45,0 х 6,3. Главные размерения жилой платформы, м:
- опорное основание х В х Н: 20,0 х 20,0 х 30,3;
- верхнее строение х В х Н: 35,0 х 25,0 х 6,3.
Рис. 1. Ситуационный план МСП «Жданов-А»
Рис. 2. Общий вид МСП «Жданов-А»
Устьевая и жилая платформы соединены переходным мостом длиной 50 м. Джекеты и платформы состоят из трубчатых блоков ферменной конструкции (рис. 3). Верхнее строение каждой платформы сформировано из двух открытых палуб: дренажной и главной, соединенных стойками и раскосами из труб.
Для анализа точности формирования конструкций были рассмотрены процессы сборки и сварки одного из трех джекетов конструкций (джекет № 1 согласно исполнительной документации). Основные массогабаритные характеристики джекета № 1 представлены в табл. 1.
Таблица 1
Основные массогабаритные характеристики джекета № 1
Массогабаритная характеристика Значение
Количество опор, ед. 6
Диаметр опор, мм 1219
Высота опор джекета № 1, м 30,2
Расстояние между осями опор: по ширине (оси 2...4, 5...7), м; по длине (осиА...Е), м 20
20
Масса джекета № 1, т 677
На рис. 3 представлен конструктивный вид джекета № 1.
Рис. 3. Конструктивный вид джекета № 1 МСП «Жданов-А» Обработка результатов измерений
Для расчета погрешностей линейных размеров джекета был применен аппарат математической статистки [3-5].
Параметры математической статистики, к которым относятся среднее арифметическое
2
значение х, среднеквадратическое отклонение о и дисперсия о , определенные по данным выборки х{, дают лишь приближенную характеристику теоретического распределения случайной величины. Между математическим ожиданием МХ, среднеквадратическим отклонением о ,
дисперсией ОХ и их эмпирическими аналогами х, о и о2 необходимо проводить четкое разграничение: первые рассматриваются как постоянные, но неизвестные величины, характеризующие теоретическое распределение случайной величины (генеральную совокупность), а вторые, являясь случайными величинами и будучи определены в результате выборочных наблюдений, дают лишь приближенную оценку МХ, о и ОХ. Чем больше объем выборки х{, тем меньше разница между МХ и х, а также между ОХ и о2.
По результатам и объему выборок можно установить границы, внутри которых с определенной вероятностью, заданной исходя из эксплуатационных требований, будут находиться значения МХ, о и ДХ, характеризующие результаты многократных измерений. Эти границы определяют доверительный интервал. Соответствующая этому интервалу заданная вероятность называется надежностью или доверительной вероятностью.
Результаты измерений (рис. 4-5) были статистически обработаны и представлены в табл. 2-3, где х{ - результат измерений погрешности относительно точки пересечения основной и диаметральной плоскости; Ях - размах действительных отклонений параметра; Е - точность интервальной оценки; А1 и А2 - коэффициенты, значения которых принимаются в зависимости от объема мгновенных выборок.
Рис. 4. Погрешность сборки джекета № 1 МСП «Жданов-A»
Рис. 5. Погрешность сварки джекета № 1 МСП «Жданов-A»
Анализ точности процесса сборки джекета №1 опорного основания МСП «Жданов-А»
^ *
для линеиных размеров
Номер выборки i xi > мм I?,, мм x , мм X¡ mix, мм x¡ min, мм Rx, мм x¡ - x , мм (x, - x)2, мм2 Z(x¡- x)2 , мм2 о, мм x + E , мм x - E , мм x - До, мм x + A1o, мм A2o , мм Проверка условий стабильности
1 10 9,286 86,224
2 13 12,286 150,939 Условия х < х + До
3 -1 -1,714 2,939 и Rx < До выполняются,
1 уровень 4 3 5 0,714 13 -13 26 2,286 5,224 509,429 9,214 9,236 -7,808 -9,698 11,127 47,546 т. к. характеристики выбо-рочныых средних отклонений
5 -13 -13,714 188,082 х и размахов Rx в серии мгновенный выйорок для 1-ого уровня стабильны
6 -8 -8,714 75,939
7 1 0,286 0,082
1 4 4,857 23,592
2 -9 -8,143 66,306 Условия х < х + До
и Rx < До вытолняются, т. к. характеристики выборочный средних отклонений
2 уровень 3 18 18,857 355,592
4 -10 -6 -0,857 18 -15 33 -9,143 83,592 830,857 11,768 10,026 -11,741 -14,155 12,440 60,721
5 -15 -14,143 200,020 х и размахов Rx в серии мгновенный выйорок для 2-ого уровня стабильны
6 9 9,857 97,163
7 -3 -2,143 4,592
1 -17 -2,143 4,592
2 -1 13,857 192,020 Условия < х + А1о и До
3 уровень 3 -17 -2,143 4,592 вытолняются, т. к. характеристики выборочный сред-
4 -24 -104 -14,857 24 -57 81 -9,143 83,592 3578,857 24,423 7,731 -37,445 -42,455 12,741 126,022 них отклонений х и раз-
5 -12 2,857 8,163 махов Rx в серии мгновенный выборок для 3-его уровня стабильны
6 24 38,857 1509,878
7 -57 -42,143 1776,020
LP
* Измерения проведены на технологических фундаментах и площадках джекета № 1 на стапеле с помощью тахеометра SOKKIA SET 330 R. Результаты сняты с погрешностью ± 1 мм. База измерений - точка пересечения основной и диаметральной плоскости.
!
2
Анализ точности процесса сварки джекета №1 опорного основания МСП «Жданов-А»
^ *
для линеиных размеров
Номер выборки I XI, мм мм X , мм хпшах мм хпшп, мм мм х1 - х , мм (х - х)2, мм2 £(х-х)2, мм2 о, мм х + Е , мм х - Е , мм х - А1о, мм х + А1о, мм А2о, мм Проверка условии стабильности
1 5 8,143 66,306
2 6 9,143 83,592 Условия < х < х + До
3 2 5,143 26,449 и < До выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений х и размахов Кх в серии мгновенных выборок для 1-ого уровня стабильны
1 уровень 4 -15 -22 -3,14 9 -20 29 -11,857 140,592 782,857 11,423 7,422 -13,707 -16,050 9,765 58,941
5 -20 -16,857 284,163
6 -9 -5,857 34,306
7 9 12,143 147,449
1 -4 -10,429 108,755
2 33 26,571 706,041 Условия < х < х + До
3 16 9,571 91,612 и < До выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений х и размахов в серии мгновенных выборок для 2-ого уровня стабильны
2 уровень 4 25 45 6,43 33 -33 66 18,571 344,898 2835,714 21,740 26,535 -13,678 -18,137 30,995 112,177
5 -33 -39,429 1554,612
6 1 -5,429 29,469
7 7 0,571 0,327
1 4 22,857 522,449 Условия < х < х + До и Ях < До выполняются, т. к. характеристики выборочных средних отклонений х и размахов Кх в серии
2 2 20,857 435,020
3 -43 -24,143 582,878
3 уровень 4 -32 -132 -18,86 4 -64 68 -13,143 172,735 4524,857 27,462 6,542 -44,256 -49,889 12,175 141,702
5 -3 15,857 251,449
6 4 22,857 522,449 мгновенных выборок для 3-его уровня стабильны
7 -64 -45,143 2037,878
По результатам обработки данных строим доверительный интервал погрешности сборки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» (рис. 6).
Рис. 6. Доверительный интервал погрешности сборки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» для линейных размеров
По результатам обработки данных строим доверительный интервал погрешности сварки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» (рис. 7).
Рис. 7. Доверительный интервал погрешности сварки джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А» для линейных размеров
Результаты исследования позволили оценить точность сборки и сварки корпусных конструкций морских сооружений.
Заключение
Анализ точности формирования конструкций джекета № 1 опорного основания МСП «Жданов-А», выполненный после процессов сборки и сварки, позволяет сделать вывод о том, что при сборке и сварке конструкция деформируется.
Средние значения деформации (для линейных размеров) в процессе сборки и сварки могут быть как положительными, так и отрицательными, поэтому они могут компенсироваться, а абсолютные значения составляют соответственно 4,91 мм в процессе сборки и 9,48 мм в процессе сварки. Следовательно, интенсивность деформации в процессе сварки в 1,93 раза превышает интенсивность деформации в процессе сборки. Сравнивая эти значения с требованиями к точности изготовления конструктивных элементов при строительстве морских сооружений, в соответствии с которыми расстояние в горизонтальной и вертикальной плоскостях между осями стоек и связей должно быть в пределах допуска ± 6 мм, приходим к выводу, что после
процесса сварки необходимо выполнять корректировку положения монтируемой секции, повторно проверять координаты контрольных точек и (при достижении требуемых значений) фиксировать положение секции. Эти операции требуют дополнительных затрат времени и труда, поэтому вопросы компенсации погрешностей сборки и сварки необходимо учитывать на стадии изготовления деталей и непосредственно в процессе сборки.
Доверительные интервалы погрешности (для линейных размеров) в процессе сборки и сварки увеличиваются с поднятием уровней платформы.
Результаты анализа демонстрируют, что характеристики выборочных средних отклонений х и размахов Rx в серии мгновенных выборок стабильны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петров М. П. Перспективы морской добычи нефти и газа на шельфе Северного Каспия и возможные способы их транспортировки / М. П. Петров, В. Н. Лубенко // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. 2008. № 2. С. 222-228.
2. Морская стационарная платформа ZHDANOV-A // URL: http://neftegaz.ru/tech_library/view/4633.
3. Якушев А. И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения / А. И. Якушев. М.: Машиностроение, 1974. 472 с.
4. ГОСТ 23615-79. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Статистический анализ точности.
5. Иванов О. В. Статистика: Учебный курс для социологов и менеджеров. Часть 2. Доверительные интервалы. Проверка гипотез. Методы и их применение / О. В. Иванов. М.: МГУ, 2005. 220 с.
Статья поступила в редакцию 06.10.2015
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Нгуен Чунг Ань — Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
Рубан Анатолий Рашидович - Россия, 414056, Астрахань; Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; зав. кафедрой «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; [email protected].
Trung Anh Nguyen, A. R. Ruban
ANALYSIS OF THE ACCURACY OF THE STRUCTURES OF STATIONARY PLATFORM "ZHDANOV-A"
Abstract. The growth of the world population provokes a steady increase in the consumption of energy resources, including oil and gas. One of the solutions to the problem of ever-increasing energy consumption is to expand oil and gas production in offshore fields, where, according to tentative estimations, huge reserves of hydrocarbons are concentrated. Such a perspective requires the improvement of equipment and performance of the oil producing facilities, which include fixed offshore platforms. It is extremely important to meet the requirements for the accuracy of the formation of the structures of fixed platforms. The accuracy of the formation of the structures of the stationary platform "Zhdanov-A" operated in the Caspian Sea is analyzed. Its characteristics and the main dimensions are given. The method of statistical processing of the results of measurements of linear dimensions of the structures of jacket No 1 of support platform base is described. The study concluded that during the assembly and welding the structure deforms. It is stated that the intensity of deformation during welding is 1.93 times higher than the deformation during assembly process, but the confidence intervals of linear dimensions of error during assembly and welding increase with the elevated levels of the platform.
Key words: stationary offshore platform, statistical method of processing, accuracy, assembly, welding.
REFERENCES
1. Petrov M. P., Lubenko V. N. Perspektivy morskoi dobychi nefti i gaza na shel'fe severnogo Kaspiia i vozmozhnye sposoby ikh transportirovki [Prospects of offshore oil and gas production on the shelf of the Northern Caspian and possible ways of their transportation]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2008, no. 2, pp. 222-228.
2. Morskaia statsionarnaia platforma ZHDANOV-A [Stationary offshore platform ZHDANOV-A]. Available at: http://neftegaz.ru/tech_library/view/4633.
3. Iakushev A. I. Vzaimozameniaemost', standartizatsiia i tekhnicheskie izmereniia [Interchangeability, standardization and technical measurements]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1974. 472 p.
4. GOST 23615-79. Sistema obespecheniia tochnosti geometricheskikh parametrov v stroitel'stve. Statisticheskii analiz tochnosti [State Standard 2365-79. System of presenting accurate geometric parameters in construction].
5. Ivanov O. V. Statistika: Uchebnyi kurs dlia sotsiologov i menedzherov. Chast' 2. Doveritel'nye intervaly. Proverka gipotez. Metody i ikh primenenie [Statistics: Training course for sociologist and managers. Part 2. Confidence intervals. Hypothesis testing. Methods and their application]. Moscow, MGU, 2005. 220 p.
The article submitted to the editors 06.10.2015
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Nguyen Trung Anh — Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Technological Equipment"; [email protected].
Ruban Anatoliy Rashidovich - Russia, 414056, Astrakhan; Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Head of the Department "Shipbuilding and Power Complexes of Marine Technological Equipment"; [email protected].
