Numerical simulation of underwater cable laying with account of non-uniform hydrostatic force at Arctic basin condition

Abstract

Статья посвящена моделированию динамического равновесия установившегося движения протяженной кабельной линии с учетом действия гидродинамических сил сопротивления и неоднородной гидростатической силы. Учитывая различные условия и глубины укладки, а также требования функционального назначения и защиты от враждебных факторов морского дна, необходимо рассмотреть широкий диапазон кабелей с различными механическими характеристиками: трехжильный кабель с одиночным бронированием 2XS2YRAA, одножильный кабель с одиночным бронированием ZS-YJQ41 и одножильный кабель с двойным бронированием – аналог GASLMLTV. Целью работы является развитие цифровой технологии по моделированию укладки подводных коммуникационных и силовых кабелей, позволяющей учитывать многочисленные физико-механические явления, имеющие место при проведении реальных морских работ. Для достижения поставленной цели работы используется программная среда Matlab Math Works с использованием разработанного комплекса программ для инженерной оценки формы и натяжения провисающего участка кабеля. Научная новизна состоит в апробации модели подводной укладки кабеля, учитывающей действие неоднородной гидростатической силы. Результаты моделирования представлены в виде формы и натяжения провисающей части кабеля при различных углах схода кабеля с движущегося судна при различных механических параметрах кабелей. Практическое значение работы состоит в повышении эффективности освоения перспективных месторождений, путем определения характеристик укладки кабеля в условиях Арктического бассейна: газовое месторождение Лудловское, газоконденсатное месторождение Ленинградское, нефтяное месторождение Медынское-море. This article studies the numerical simulation of underwater steady motion of the cable line with account of hydrodynamic water resistance forces and non-uniform hydrostatic force. It is necessary to consider distinctive types of cables due to various depths, laying conditions, functional requirements and protection requirements against adverse factors of seabed. Three-core single armoured cable 2XS2YRAA, one-core single armoured cable ZS-YJQ41 and one-core double armoured cable – analogue GASLMLTV are considered in this article. The aim of the research consists in digital technology development for underwater cable laying modeling, which allows taking into account numerous physical and mechanical features. These features occur during real marine operations for communication and power cables. Programming and numeric computing platform Matlab Math Works with developed software package is chosen as the research method. Simulation results are presented in dimensionless form for cable shape and tension for engineering purposes. The novelty of the work consists in approbation of underwater cable laying analytical model considering non-uniform hydrostatic force. Simulation results are presented for underwater cable laying during reeling from spool mounted on the vessel, moving with constant speed for distinctive types of cables. The influence of the cable run-off angle on the investigated characteristics was also considered. The practical value of the research consists in increasing of efficiency of exploration of oil, gas and condensate fields by determining underwater cable laying characteristics for perspective fields. At the end of the paper, the results of estimation of the shape and tension of the cable being laid undersea were presented for several fields at Arctic basin condition: gas field Ludlovskoe, condensate field Leningradskoe and oil field Medinskoe sea.