Практическое занятие № 10

Тема: Нормативные материалы для проектирования морских сооружений и виды пластовой энергии.

План:

1. Нормативные материалы для проектирования морских сооружений

2. Виды пластовой энергии.

Цель: Ознакомиться с нормативными материалами для проектирования морских сооружений и видами пластовой энергии.

Контрольные вопросы:

1. Какой комплекс факторов учитывается при проектировании морских сооружений?

2. Какому воздействию подвергаются материалы в конструкциях?

3. Что такое предел хладоломкости?

4. Виды пластовой энергии

5. Как могут восполняться запасы пластовой энергии?

Глоссарий:

Шельф (от англ. материковая отмель) - представляет собой подводную слегка наклонную равнину.

Платформа - обширный участок земной коры, обладающий сравнительно малой тектонической подвижностью, равнинным или платообразным рельефом, двухъярусным строением, выражающимся в наличии складчатого основания (фундамента) и осадочного чехла.

Пластовая энергия – энергия нефтяного (газового) пласта (залежи) и флюида, содержащегося в нем (нефть, вода, газ), которые находятся в напряженном состоянии под действием горного и пластового давлений.

Баланс пластовой энергии (соотношение расходуемой на добычу и вносимой извне в пласт энергии) — один из важнейших показателей разработки нефтяного месторождения.

1. Нормативные материалы для проектирования морских сооружений.

При проектировании и строительстве морских сооружений должен учитываться большой комплекс факторов, характеризующих естественные условия. Сюда относятся гидрологические, метеорологические, гидрографические, геологические, геоморфологические и другие условия. Каждый район шельфа характеризуется определенными природными условиями, весь комплекс которых составляет естественный режим района.

Материалы в конструкциях сооружений подвергаются агрессивному воздействию морской среды, особенно разрушительному в зоне переменного уровня воды. Материалы подвергаются воздействию соленой морской воды, низких температур, льда, попеременным замораживанию и оттаиванию, смачиванию и осушке.

Конструкции платформ в условиях полярных шельфов эксплуатируются при низких температурах воздуха, значительных температурных перепадах, при воздействии льда и, в целом, в условиях агрессивной морской среды. Это отражается на выборе строительных материалов для сооружений и, в том числе, на выборе марок сталей. Деформационные свойства сталей, их пределы прочности и текучести изменяются в зависимости от температур. Требуются достаточно пластические стали. С понижением температуры сталь становится более хрупкой. Применение сталей разных марок ограничивается предельными низкими температурами.

Предел хладоломкости является характерным показателем свойств сталей. Он характеризует хрупкое разрушение сталей при низких отрицательных температурах и зависит от химического состава сталей (отрицательно влияют, например, сера, фосфор, азот и др.), технологии обработки стальных конструкций и др. Хрупкое разрушение сварных узлов стальных конструкций связано с низкими температурами, толщинами стальных элементов, их обработкой и напряженным состоянием.

За рубежом для платформ на арктическом шельфе применяются легированные стали с достаточными пластическими свойствами при низких температурах. Первые платформы для полярного шельфа были построены в Японии по заказам фирм США и Канады. Именно в Японии за короткое время были созданы морозостойкие стали и разработана технология их обработки и сварки. Новые сорта стали имеют пределы прочности 785 МПа (7850 кг/см ) и характеризуются высокой вязкостью при температурах до -76 °С.

Для строительства сооружений в арктических районах создаются новые сорта сталей с достаточной пластичностью и высокой прочностью при низких температурах. Создаются новые машины и оборудование для работы в условиях низких температур.

Железобетон, в том числе предварительно напряженный, широко применяется в гидротехнических сооружениях полярного шельфа, как например, в конструкциях стационарных платформ, искусственных островов. Имеется уже значительный опыт эксплуатации таких сооружений. Требуется дальнейшее изучение работы железобетона и совершенствование железобетонных конструкций с целью их более широкого применения. Некоторые из основных направлений дальнейших исследований следующие:

- долговечность железобетона в условиях низких температур, попеременного замораживания и оттаивания, больших температурных перепадов;

- работа массивных и тонкостенных железобетонных конструкций при различных напряженных состояниях, имеющих место в реальных условиях эксплуатации сооружений;

- разработка защитных покрытий с целью защиты арматуры, сопротивления истирающему действию льда;

- воздействие нефти на железобетонные конструкции; эксплуатация и ремонт сооружений. Бетон должен иметь высокую морозостойкость и сопротивление истиранию от воздействия льда.

Состав расчетов при проектировании определяются, прежде всего, конструкцией сооружений и внешними силами (как их значениями, так и изменениями во времени). Для стационарных платформ, изготавливаемых на берегу, а затем буксируемых к месту эксплуатации и устанавливаемых на дно моря, выделяется ряд расчетных состояний: эксплуатации, буксировки, спуска со стапелей на воду, а также монтажные состояния при установке платформы на морское дно. Могут быть и другие расчетные состояния, обусловливаемые конструкцией сооружения, условиями производства работ и др.

Для состояния эксплуатации при опирании платформы на морское дно, производятся расчеты прочности и устойчивости конструкции всего сооружения в целом при различных колебаниях внешних нагрузок, расчеты прочности отдельных элементов конструкции.

Для состояния буксировки морем производятся расчеты прочности корпуса, обеспечивающего плавучесть сооружения и его остойчивость на волнении.

Следует также отметить возможную необходимость производства динамических расчетов. Стационарные платформы устанавливаются на значительных глубинах, а их надводные строения возвышаются выше вершин расчетных волн.

В связи с большими высотами волн периоды свободных поперечных колебаний платформ увеличиваются и значительно превосходят периоды собственных колебаний обычных портовых гидросооружений. Таким образом, периоды свободных колебаний платформ становятся более близкими к периодам морских волн, т. е. к периодам возмущающих сил. В связи с этим, могут быть необходимы динамические расчеты колебаний платформ при воздействии волн.

2. Виды пластовой энергии.

Пластовая энергия – энергия нефтяного (газового) пласта (залежи) и флюида, содержащегося в нем (нефть, вода, газ), которые находятся в напряженном состоянии под действием горного и пластового давлений.
Используется для перемещения нефти, газа в пласте, скважине и далее на поверхности.

Различают естественную и искусственную пластовую энергию (в случае введения извне, с поверхности).
Они выражаются в виде потенциальной энергии как энергии положения и энергии упругой деформации.
Основные виды пластовой энергии: энергия напора пластовых вод, свободного газа, растворенного в нефти и выделенного при снижении давления газа, упругости сжатых пород и жидкостей и энергия напора, обусловлена силой тяжести нефти.
Чем больше в нефти растворено газов, тем выше запас пластовой энергии. При отборе жидкости (газа) из пласта запасы пластовой энергии расходуются на перемещение флюидов и на преодоление сил, противодействующих этому движению (сил внутреннего трения жидкостей и газов и трения их к породе, а также капиллярных сил). Движение нефти и газа в пласте зачастую обусловлено проявлением различных видов пластовой энергии одночасно (всегда проявляется энергия упругости пород и жидкостей и энергия, обусловленная силой тяжести нефти).

Приток жидкости и газа из пласта в скважины происходит под действием сил, на природу и величину которых влияют виды и запасы пластовой энергии. В зависимости от геологического строения района и залежи приток нефти, воды и газа к скважинам обусловливается:

1) напором краевых вод;

2) напором газа, сжатого в газовой шапке;

3) энергией газа, растворенного в нефти и в воде и выделяющегося из них

при снижении давления;

4) упругостью сжатых пород;

5) гравитационной энергией.

В зависимости от вида преимущественно проявляющейся энергии вводят понятия режимов работы залежи: водонапорный, режим газовой шапки (газонапорный), растворенного газа, упругий или упруговодонапорный, гравитационный и смешанный.

Запасы пластовой энергии, расходуемые при эксплуатации месторождения, могут восполняться в результате естественного притока в продуктивные пласты вод из поверхностных источников, имеющихся в местах выходов пластов-коллекторов на поверхность, из законтурной (водяной) области (особенно при практически неограниченном контуре питания и хорошей гидродинамической связи её с нефтенасыщенными пластами) или путём искусственного нагнетания в пласты воды, газа или другого вытесняющего пластовый флюид агент. Баланс пластовой энергии (соотношение расходуемой на добычу и вносимой извне в пласт энергии) — один из важнейших показателей разработки нефтяного месторождения. Он характеризуется соотношением между текущим и начальным пластовым давлением, а также текущей и накопленной компенсацией объёма отобранной жидкости в пластовых условиях объёмом закачанного рабочего агента. Запасы пластовой энергии расходуются на преодоление сил вязкого трения при перемещении жидкостей и газов к забоям скважин, на преодоление капиллярных и адгезионных сил.

Тесты:

1. Какие факторы учитываются при проектировании морских сооружений?

A. Гидрологические

B. Метеорологические

C. Гидрографические

D. Геологические

E. Все ответы верны

2. Применение железобетонных платформ, учитывая их высокую стоимость целесообразно лишь на?

A. Месторождениях при больших дебитах нефти и газа

B. Больших глубинах

C. Малых глубинах

D. Месторождениях расположенных в арктических зонах

E. Нет верного ответа

3. Основные направления дальнейших исследований железобетонных конструкций

A. долговечность железобетона в условиях низких температур, попеременного замораживания и оттаивания, больших температурных перепадов;

B. работа массивных и тонкостенных железобетонных конструкций при различных напряженных состояниях, имеющих место в реальных условиях эксплуатации сооружений;

C. разработка защитных покрытий с целью защиты арматуры, сопротивления истирающему действию льда;

D. воздействие нефти на железобетонные конструкции; эксплуатация и ремонт сооружений. Бетон должен иметь высокую морозостойкость и сопротивление истиранию от воздействия льда

E. Все ответы верны

4. Что характеризуется соотношением между текущим и начальным пластовым давлением?

A. Баланс пластовой энергии

B. Энергия напора

C. гравитационная энергия

D. энергия упругой деформации

E. нет верного ответа

5. В зависимости от геологического строения района и залежи приток нефти, воды и газа к скважинам обусловливается:

A. напором краевых вод

B. напором газа, сжатого в газовой шапке

C. энергией газа, растворенного в нефти и в воде и выделяющегося из них при снижении давления

D. упругостью сжатых пород

E. все ответы верны

Литература:

1. Котик Е.П., Котик П.Т. Разработка, освоение и эксплуатация морских месторождений. 2 том, -Актобе-, 2010 – 564 стр.

2. Бабич В.А., Лисагор О.И., Галкин А.Г. Оборудование для бурения инженерно-геологических скважин на море и на шельфе. - Рига: ВНИИМоргео, 1996. - 127 с.

3. Вяхирев Р.И., Никитин Б.А., Мизоев Д.А. Обустройство и освоение морских нефтегазовых месторождений. - М.: Изд-во Академии горных наук, 1999. - 374 с.

4. Золотухин А.Б., Гудместад О.Т., Ермаков А.И. и др. Основы разработки шельфовых нефтегазовых месторождений и строительство морских сооружений в Арктике. Учебное пособие. - М: Изд-во «Нефть и газ» РГУНиГ, 2000. - 770 с.

5. Карабалин У.С, Ермеков М.М. Эксплуатация морских нефтегазовых месторождений. - Алматы: Эверо, 2004. - 434 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: