Морские нефтегазовые сооружения(МНГС)

     МНГС - основной курс, определяющий становление студента как инженера, способного решать весь комплекс задач, связанных с проектированием строительством и эксплуатацией нефтегазовых сооружений, предназначен­ных для добычи, транспорта и хранения нефти и газа в морских условиях.

В течение 3-х семестров студенты получают базовые знания по следующим проблемам, связанным с созданием сооружений для освоения нефтегазовых ресурсов морей и других обводненных территорий.

     Часть 1.

1. Сведения о морских нефтегазовых и газовых месторождениях, расположенных на всех морях России.

2. Общие данные о морских нефтегазовых сооружениях, их классификации, а также характеристика состояния окружающей среды, влияющей на выбор типов МНГС.

3. Рассматриваются все существующие формы МНГС (порты для операций с нефтью и газом, доставляющих или отправляемых танкерами и газовозами); островные сооружения, эстакады; стационарные платформы разнообразных форм и конструкций; плавучие платформы; подводные трубопроводы для транспорта нефти и газа.

4. Статическая и динамическая определенность МНГС (понятия «статическая» СО и «динамическая» СД определенности; СО и СД массивных МНГС, стержневых МНГС, плавающих МНГС, подводных линейных МНГС и др.).

5. В курсе рассматриваются фундаментальные проблемы обеспечения работоспособности МНГС любых форм в условиях открытого моря (статика и динамика силового воздействия потока и волн, воздействие ветра, давление льдов и др.).

6. Изучаются теория плавания, остойчивости и удержания МНГС в необходимом положении (равновесие плавающих МНГС, теория и критерии остойчивости, расчет якорных систем удержания МНГС).

7. Изучаются проблемы прочности и надежности МНГС (характеристики прочности и надежности, процесс расчетов прочности, назначение контролирующих напряжений, прочность узловых элементов, прочность подводных трубопроводов). Требования, относящиеся к надежности конструкций МНГС, теории надежности и методы расчетов надежности.

     Часть 2.
1. Рассмотрена технология строительства морских сооружений, предназначенных для выполнения работ по добыче, транспорту и хранению нефти и газа.

2. Рассмотрены технологические схемы выполнения земляных и каменных работ на прибрежной территории и в морской акватории.

3. Даны материалы по строительству железобетонных МНГС.

4. Последовательно излагаются материалы, связанные с технологией строительства фундаментных и несущих блоков МНГС, блоков верхних строений.

5. Приведены материалы по спуску МНГС с берега на воду, их транспортировке к месту установки, описан пооперационный процесс установки МНГС на дно.
6. Рассмотрена технология позиционирования и стабилизации МНГС на точке, а также технологические схемы укладки подводных трубопроводов на различных глубинах.

В процессе обучения студенты должны выполнить 4 домашних задания, содержащих расчетную, конструкторскую и графическую часть (компьютерная графика), а также 2 курсовых проекта. Курс МНГС полностью обеспечен учебной литературой.

 

Начертательная геометрия (НГ). Инженерная графика (ИГ)

 

     Начертательная геометрия, пожалуй, самая долгоживущая область инженерной науки, сочетающей в себе математическую точность и доказательность с искусством художественного представления создаваемых в человеческом воображении сооружений, оборудования, машин, конструкций, деталей. Поэтому курс начертательной геометрии и сочетающийся с ней курс инженерной графики можно считать фундаментальной базой подготовки инженеров любого профиля. Без знания основ начертательной геометрии и инженерной (компьютерной) графики невозможно воплотить в жизнь ни одной инженерной мысли. Поэтому любой инженер должен знать основы НГ ИГ и уверенно оперировать карандашом и другими чертежными инструментами при создании любых технических и технологических устройств и систем.

Далее приводятся названия некоторых разделов НГ и ИГ.

     Начертательная геометрия (1 семестр)

Начертательная геометрия (НГ) преподается в первом семестре и является основой для изучения последующих дисциплин проектно-конструкторского цикла учебного плана.

Темы курса:

- свойства прямоугольного проецирования, образование комплексного чертежа;

- комплексный чертеж точки, прямой, плоскости, гранной поверхности;

- способы преобразования комплексного чертежа;

- кривые поверхности в составе простых геометрических тел: задание, пересечение с плоскостью, взаимное пересечение, развертывание поверхностей;

- составные геометрические тела: изображение, параметры формы и положения поверхностей, нанесение размеров;

- аксонометрические проекции. Отчетная форма - экзамен.

Решение задач по всем темам производится в Рабочей тетради, большинство тем курса обеспечены учебно-методическими пособиями кафедры.

Инженерная графика (техническое черчение)

2-ой семестр

Темы курса:

- соединения деталей машин и инженерных сооружений (резьбовые, шпоночные, шлицевые, сварные, зубчатые зацепления):

- проектно-конструкторская документация на сборочную единицу: чертеж общего вида, сборочный чертеж, спецификация, чертежи деталей (1-2 в компьютерном исполнении).

Обе темы обеспечены учебными материалами и пособиями.

3-ий семестр: Курсовая работа «Выпуск рабочей конструкторской документации с использованием графического редактора   «Автокад»

 

Механика грунтов

 

Все без исключения сооружения объектов нефтя­ной и газовой промышленности располагаются: на естественной поверхности грунта, ниже поверхности, т.е. заглубляются в грунт, в насыпях, на насыпях, устраиваемых для размещения каких-либо сооружений.

Во всех случаях грунтовые основания являются средой, несущей и воспринимающей нагрузки или воздействия от сооружений в целом или отдельных их элементов. И уверенность в том, что соору­жение будет работать весь расчетный период эксплуатации, может быть лишь при условии обеспечения прочности и устойчивости грунтовой среды (или массы). Сколько бы прочными не были со­оружения и элементы нефтегазовых объектов возникновение так называемых деформаций грунтов, не учтенных при проектировании и строительстве, аварийные ситуации становятся неизбежными.

Грунт основания сооружения с начала строительства и весь рас­четный срок эксплуатации находится в сложном взаимодействии с этим сооружением или его элементами.

 

Все внешние нагрузки передаются на грунт через специальные конструкции, называемые фундаментами различного вида, и в свою очередь, сооружения испытывают реактивное воздействие грунта. Для того чтобы представить себе как характер этих взаимодействий, так и их физические и механические значения, необходимо знание как, основных свойств грунтов, так и законов изменения этих свойств под воздействием различных факторов. Механика грунтов является научной дисциплиной и практическим руководством, по­зволяющим решать все задачи, неизбежно возникающие при проек­тировании и строительстве объектов нефтяной и газовой промыш­ленности.

Механика грунтов, как научная дисциплина, имеет сравнительно небольшую историю. Весь опыт строительства до оформления науч­ных основ механики грунтов основывался на прецедентном принци­пе: что-то было построено раньше, не разрушилось, не опрокину­лось — значит можно строить аналогичное сооружение. Если раз­рушилось, то делали соответствующий вывод: строить в таких усло­виях и так — нельзя. Опыт накапливался по крупицам и был дос­тоянием строителей, архитекторов, механиков, т.е. людей, которые имели возможность изучить опыт предшественников в области строительства самых разнообразных сооружений на грунтовых ос­нованиях. Но уже в далекие времена были специалисты более узко­го строительного профиля. Так появились специалисты по проекти­рованию и строительству жилых и административных зданий на и в грунтах, речных и морских портов, насыпных Дамб, каналов, тонне­лей, шахт и т.д. Зачастую секреты, которыми обладали те или иные компании, берегли очень тщательно, что позволяло им быть посто­янно востребованными в каком-то узком строительном направлении. При этом, если у этих компаний и были какие-нибудь расчетные зависимости поведения грунтов под воздействием внешних нагру­зок, то они не разглашались. Первой открытой публикацией, устанавливающей зависимость напряженного состояния грунта от воздействия внутренних сил, была работа К. Кулона (1773 г.). Эта работа до 1885 г. была, пожа­луй, единственной, которая давала возможность решать задачи устойчивости откосов и определять давление грунта на подпорные стенки. В 1885 г. была опубликована работа Ж. Буссинеска «О рас­пределении напряжений в упругой почве от сосредоточенной силы». Именно эти две работы и можно считать основанием прекрасной инженерной науки «Механика грунтов», дальнейшее развитие кото­рой продолжается до сих пор.

 

Строительная механика

 

     Строительная механика – это наука, выделившаяся из общей механики во второй половине XIX века. Выделилась потому, что в этот период времени в строительстве гражданских и особенно промышленных сооружений получили распространение так называемые стержневые конструкции. Методов их расчета не существовало. Широкое распространение получили такие стержневые конструкции как фермы, большепролетные арки, простые и сложные рамы (многоярусные). Эти конструктивные системы, как правило, были статически неопределимыми; даже расчет многопролетных балок не был известен. Поэтому в XIX веке началось строительное развитие теории и методов расчета стержневых конструкций. В 1857 году Б.Клайперон разработал метод расчета, названный «уравнением трех моментов» (неразрезные балки); в1874 году О.Шор предложил формулы для определения перемещений элементов других систем. В дальнейшем четко сформулировались три основных метода в расчетах сложных (плоских и пространственных) стержневых систем: метод сил, метод перемещений, смешанный метод. Все эти методы применяются при расчете сооружений морского нефтегазового комплекса: стержневых опорных платформ, терминалов для приема нефтеналивных танкеров и газовозов, промышленных зданий, резервуарных парков, многоярусных верхних строений платформ и т.д.

   

В курсе «Строительная механика» изучаются расчет статических определенных систем (арок, рам, балок); расчет статически неопределенных систем (арки, фермы, балки, многоярусные рамные конструкции).

Наряду с классическими методами расчета стержневых систем МНГС в курсе изучаются и новые подходы к их расчету: метод конечных элементов, энергетические подходы.     В период изучения курса «Строительная механика» студенты используют при выполнении домашних заданий и курсового проекта компьютерные программы, в которых реализуются один или несколько классических методов решения сложных стержневых систем. При этом особое внимание обращается на идеологию, заложенную в различные программные комплексы. Это диктуется, прежде всего, тем, что студенты должны ясно представлять, какой из классических методов реализован в программе.  

Системы автоматизированного проектирования морских нефтегазовых сооружений 

     Автоматизация проектно-конструкторских работ, усовершенствование методов и средств реализации систем автоматизированного проектирования (САПР) нефтегазовых объектов являются одним из актуальных направлений, способствующих развитию топливно-энергетической и нефтегазовой отраслей России. На кафедре систем автоматизации проектирования сооружений нефтяной и газовой промышленности  САПР рассматривается как одна из систем, осуществляющих поддержку жизненного цикла объекта, в данном случае морских нефтегазовых сооружений. Студенты, помимо традиционных методов проектирования, имеют возможность изучить передовые в мире технологии выполнения проектно-конструкторских работ, организации строительства и эксплуатации морских нефтегазовых объектов. В технологическом центре кафедры установлено самое современное программное обеспечение позволяющее выполнять проектирование объектов любой сложности.   Подготовка специалистов в этой области осуществляется на уровнях бакалавров, инженеров, магистров, кандидатов и докторов технических наук. Кроме этого специалистами кафедры осуществляется переподготовка инженеров нефтегазовой отрасли по направлению «Современный инжиниринг – средства поддержки и реализации».  Обучение студентов и специалистов осуществляется на программном комплексе PDMS. AVEVA PDMS – это среда проектирования для всех проектных дисциплин с централизованным хранением данных, предназначенных для трехмерного проектирования промышленных предприятий. Система включает в себя модули для проектирования оборудования, трубопроводов, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, структуры и кабельных лотков. Проектирование выполняется на основе каталога и спецификаций, стандартных изделий в трехмерной среде с помощью инструментов, которые обеспечивают отсутствие коллизий. Из модели можно автоматически получить полный набор чертежей, в том числе изометрические чертежи трубопроводов.                                                                                                           

Управление проектами морских нефтегазовых сооружений                                  

     Управление проектами (англ. project management) — область деятельности, в ходе которой определяются и достигаются четкие цели при балансировании объемом работ, ресурсами (такими как время, деньги, труд, материалы, энергия, пространство и др.), временем, качеством и рисками в рамках некоторых проектов, направленных на достижение определенного результата при указанных ограничениях. Управление проектами МНГС включает такие этапы, как:   

  • Планирование работ по освоению шельфовых месторождений
  • Оценка рисков строительства и эксплуатации морских сооружений
  • Оценка необходимых ресурсов для освоения месторождения на шельфе
  • Организация проектных и строительных работ МНГС
  • Распределение задач проектным институтам отрасли
  • Контроль над ходом реализации проекта.                                                              

     Практическая реализация вышеперечисленных задач осуществляется с использованием специализированного программного обеспечения по управлению проектами (Primavera Project Management, MS Project и др.) Данные модули предназначены для автоматизации процессов управления проектами в соответствии с международными требованиями PMI, IPMA и стандартами ISO. Такое программное обеспечение позволяет оптимизировать решение календарно-сетевого планирования, оптимизировать распределение ресурсов, провести оценку рисков и автоматизировать решение других вопросов, стоящих перед менеджером проекта по освоению ресурсов морского месторождения. Студентами выполняется цикл лабораторных работ, которые позволят им приобрести необходимые навыки по владению подобным программным обеспечением. Также студенты получают теоретические знания о методах управления и контроля при реализации проектов морских нефтегазовых сооружений.