Численная модель механического отклика самоподъемной плавучей буровой установки на сейсмические воздействия

Численная модель механического отклика самоподъемной плавучей буровой установки на сейсмические воздействия

Автор: Васильев И.А., Дубиня Н.В., Тихоцкий С.А., Начев В.А., Алексеев Д.А.
Издательство: Компьютерные исследования и моделирование

В работе представлены результаты численного моделирования напряженно-деформированного состояния самоподъемных плавучих буровых установок, использующихся для освоения шельфовых месторождений углеводородов. Изучены равновесное напряженное состояние установки, погруженной в донный грунт, и его изменение, вызванное внешним механическим воздействием. Рассмотрена частная задача, в рамках которой в роли внешнего воздействия выступает поверхностная сейсмическая волна от удаленного землетрясения. Исследован отклик системы «самоподъемная плавучая буровая установка – донный грунт» на такое воздействие: проанализировано перераспределение полей напряжений и деформаций в системе, вызванное сейсмическим воздействием. Рассмотрен вопрос устойчивости установки: продемонстрировано, что приход сейсмической волны приводит к резкому росту напряжений в определенных элементах опорных колонн, что может привести к потере устойчивости. Для численного моделирования рассмотренной контактной задачи теории упругости использован метод конечных элементов. Проверка корректности постановки задачи и сходимости ее решения была выполнена путем рассмотрения известной задачи о вдавливании жесткого цилиндра в упругое полупространство. Показано, что использующаяся для анализа устойчивости самоподъемной буровой установки численная схема дает верные результаты для рассмотренной модельной задачи при условии корректного построения сетки конечных элементов. В рамках работы были исследованы роли различных факторов, определяющих условия достижения напряжениями в самоподъемной плавучей буровой установке критических значений: рассмотрены степень выраженности сейсмического воздействия, механические свойства донного грунта и глубина погружения опорных колонн установки в грунт. Сделаны предварительные выводы о необходимости заглубления опорных колонн в донный грунт с учетомег о механических свойств и характерной для региона сейсмичности. Представленный в работе подход может быть использован в качестве инструмента для прогноза рисков, связанных с освоениемм есторождений углеводородов, расположенных на континентальном шельфе, а использованная схема численного моделирования — для решения класса контактных задач теории упругости, требующих анализа динамических процессов.

Васильев И.А., Дубиня Н.В., Тихоцкий С.А., Начев В.А., Алексеев Д.А. Численная модель механического отклика самоподъемной плавучей буровой установки на сейсмические воздействия // Компьютерные исследования и моделирование, 2022, т. 14, № 4, с. 853-871 EDN: YANNBW

Vasiliev I.A., Dubinya N.V., Tikhotskiy S.A., Nachev V.A., Alexeev D.A. Numerical model of jack-up rig’s mechanical behavior under seismic loading // Computer Research and Modeling, 2022, vol. 14, no. 4, pp. 853-871