Мировое сообщество признает бесспорный факт способности РФ проложить трубопровод по морскому дну и успешно начать его эксплуатацию. Успех был достигнут в реализации проекта «Северный поток» в акватории Балтийского моря.
На очереди - «Южный поток», но акватория - уже Черного моря. Способна ли РФ построить газопровод с эксплуатационными показателями, которые обеспечат его безаварийную эксплуатацию в течение всего срока? Да! Способна. Специалисты РФ обеспечат функционирование трубы даже до того момента, когда природные запасы газа будут исчерпаны. В то время труба будет пустой, так как газа не будет.
Так при чем здесь «русская рулетка»? Есть ряд обстоятельств, игнорировать которые никто не имеет права.
1. Гидрология Черного моря
а) глубина большей части дна моря - 2000 метров.
Погружаясь на глубину 10 метров, имеем рост давления на 1 атмосферу. Атомная подводная лодка, на которой автор имел честь служить, погружалась на глубину 415 метров. Толщина брони, из которой была изготовлена «Мурена», составляла 5 см. Нитей между переборками мы не натягивали, это технологически невозможно сделать, но визуально фиксировали «проседания» ракетных шахт, а «стон» прочного корпуса лодки воспринимался как продолжение собственного обнаженного нерва.
б) объем воды в Черном море 550 000 км куб.
в) сероводород Н2S присутствует в 87% объема всего моря и в свободном состоянии заполнит 20 000 км куб.
г) плечо прокачки газа от станции на берегу кавказского побережья РФ до станции на болгарском берегу составляет не одну сотню километров. Нет технической возможности дополнительного «разгона» потока газа на промежуточной станции. Единственный вариант - максимально сильно поднять давление на территории РФ и отпомповывать из трубы на другом берегу. (Очень важное обстоятельство!)
2. Непреодолимые обстоятельства, на которые не может иметь влияния никто
Вследствие шторма потерпело крушение судно. Плавсредство тонет и попадает на газопровод. 15000 тонн металла получают огромную энергию, пока не преодолеют 2000 метров от поверхности до дна. Трубопровод будет перерублен мгновенно. Обычная практика в акватории Черного моря состоит в том, чтобы транспортировать металлолом на плоскодонных (!) Речных судах, в которых укреплен корпус и которым присвоен класс «река-море». Можно еще что-то приварить к корпусу речной самоходной баржи и повысить ее класс до уровня «река-океан», но от немедленной катастрофы это не спасет… Далее будет так: под бешеным давлением газ образует пузырь, который пойдет на поверхность. Инерционные силы в газопроводе (смотри п.г. - выше), время, которое требуется для срабатывания аварийной системы и перекрытия потока, позволят преодолеть невероятно большие объемы насыщенной сероводородом воды и прорвать 100–400 метровый слой обогащенной кислородом воды. Во время непогоды, когда произошла авария судна, молнии обязательно присутствуют. Смесь газа, сероводорода и атмосферного кислорода не долго будет ждать искру, которая спровоцирует взрыв.
3. Давайте помолимся за души невинно убитых в г. Беслан и в Норвегии. Дети погибли от рук террористов, молодые люди погибли на крошечном острове от руки сумасшедшего.
Трубопровод на дне моря можно увидеть на приборе так четко и ясно, как собственные тапочки на вытянутых ногах. Кумулятивный снаряд прожигает броню танка, как газетная бумага, а броня танка намного толще стенки трубы. Газопровод по дну Черного моря - это граната, которую взорвать могут непреодолимые обстоятельства и любой сумасшедший, фанатик или единоличный террорист. А организация плохих парней такой теракт сделает даже ночью.
Последствия взрыва сероводорода могут привести в самом страшном варианте к потере орбиты планетой Земля или сдвинут тектонические плиты - тогда потеряем 60% фауны и флоры. Пройдет определенный период времени и жизнь вернется и расцветет - главное, чтобы не возродился «Газпром».
За 20 лет независимости Украины у нас не было руководства, которое не «химичило» бы с газотранспортной системой. Средства, колоссальные средства затмевают разум всем и везде. Непрозрачность взаимоотношений, теневые схемы - вот что ведет к подобным проектам и может поставить на цивилизации крест. Такие отношения между Украиной и РФ - недопустимы.
Нельзя обвинять РФ во всех грехах, делаю Украину белой и пушистой. Ответственность должны нести обе стороны. И арбитром в этой ситуации должно быть мировое сообщество. ГТС Украины должна эксплуатироваться в режиме открытости и международного аудита и постоянного мониторинга. И первый шаг к этому - мировое сообщество должно поставить точку в возможных фальсификациях на выборах в ВР Украины в 2012 году. У нас чиновники действующего правительства могут сегодня покупать плавучие буровые платформы дороже, чем их продает производитель. Такое наше руководство не оставляет выбора РФ, как только начать строить «Южный поток». Такое руководство не может честно эксплуатировать ГТС Украины. Оно должно уйти. Мировое сообщество должно осознать масштаб угрозы украинской коррупции и твердолобость «Газпрома», что вместе способно создать условия для взрыва, который может легко превзойти одновременно сдетонировавший ядерный потенциал США.
Развитие добычи нефти и газа на многих морях привело к необходимости строительства подводных морских трубопроводов различного назначения.
Первые подводные трубопроводы на Каспий начали прокладывать с конца 40-х и начала 1950 годов. Незначительное удаление нефтепромысловых акваторий Каспия от берега, небольшие глубины моря и потребность в трубопроводах малого диаметра предопределили технику и технологию строительства трубопроводов.
Первые трубопроводы диаметром 63-114мм прокладывали методом протаскивания по дну моря с помощью буровой лебедки.
В дальнейшем стали применять метод укладки трубопровода с плавучих средств, с киржима. Последний из указанных методов применяют и в настоящее время для прокладки внутрипромысловых трубопроводов.
Начало строительства подводных магистральных трубопроводов связано с открытием газового месторождения Южное в 60-х годах. Для транспортирования газа с этого месторождения на сушу потребовалось строительство магистрального газопровода в условиях открытого моря. Удаленность района добычи газа от берега обусловила разработку новой технологией строительства трубопроводов, по которой заготовка километровых плетей, их антикоррозионная изоляция, балластировка, оснастка транспортными понтонами производятся на береговой монтажно-сварочной площадке. При благоприятной погоде километровые плети с монтажной площадки сбрасывают в море и на плаву транспортируют в район стройтельства, где вместе с понтонами затапливают по трассе (метод свободного погружения). Отдельные плети трубопровода стыкуют на 40-тонном крановом судне, специально оборудованном для этой цели.
Для транспортировки плетей на плаву институт «Гипроморнефтегаз» разработал специальные понтоны с замковым устройством для автоматического отсоединения понтонов от трубопровода с поверхности воды без участия водолазов.
К настоящему времени по указанной технологии построены сотни километров подводных трубопроводов диаметром до 500 мм на глубинах моря до 30 м.
Практика показала, что укладка подводных трубопроводов методом свободного погружения успешно может быть применена при их строительстве буксировкой плетей на расстояние до 50- 60 км при волнении моря до двух баллов включительно.
Классификация трубопроводных систем
По трубопроводным системам различных морских сооружений транспортируются десятки рабочих сред, необходимых для нормальной эксплуатации этих сооружений и всевозможного оборудования В качестве материалов для изготовления трубопроводов в зависимости от вида транспортируемых рабочих сред и их разрушающей активности применяют углеродистые и нержавеющие стали, чугун, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы, титан, стеклопластик и полиэтилен и другие материалы. Кроме труб трубопроводные системы включают различные трубопроводные элементы, судовую арматуру, приводы, механизмы, аппараты, цистерны, резервуары, приборы, средства автоматики и другое оборудование.
В гражданском строительстве трубопроводные системы принято классифицировать по роду перекачиваемой рабочей среды и в зависимости от этого различают водопроводы, нефтепроводы, газопроводы, аммиакопроводы и т. п.
После извлечения продукта из земли, он должен транспортироваться с моря на берег. Одновременно с монтажом добывающего оборудования, трубоукладочные баржи и бригады занимаются укладкой трубопровода для транспортировки нефти и газа от платформы до места назначения. (рис 48.
Рис.48-Трубоукладочная баржа
Длина этих барж может доходить до 150 метров, а укладываемые ими трубы - до 1525 мм в диаметре. Трубы обычно поставляются длиной 12 метров, и могут быть покрыты бетоном для утяжеления. Трубы привариваются друг к другу вдоль линии сборки, проходящей по длине баржи. Вдоль этой линии расположен ряд сварочных постов, где работают высококвалифицированные сварщики на высокоэффективных сварочных машинах.
По мере перемещения каждой следующей трубы на сварочный участок, она становится частью трубопровода, который проходит через корму баржи ко дну моря, и, наконец, к терминалу, находящемуся на расстоянии в несколько сотен миль. Со сварочного участка трубопровод перемещается на участок рентгеноскопии, где каждый новый сварной шов проверяется на наличие дефектов в соединении. Если дефектов не обнаружено, сварной шов покрывается антикоррозийной изоляцией.
По мере увеличения длины трубопровода баржа перемешается вперед, каждый раз на несколько метров. После каждого перемещения баржи новый участок трубопровода, приваренный, подвергнутый рентгеноскопии и заизолированный, спускается с кормы в воду, вниз по наклонной площадке, называемой стингером. Стингер поддерживает трубу до некоторого расстояния под водой и направляет ее под небольшим углом на морское дно.
По мере движения трубоукладочной баржи, она тянет за собой плуг, который роет траншею на морском дне. Трубопровод укладывается в траншею, где он будет защищен от повреждения путем естественной замывки или засыпки. Морские течения перемещают песок, вырываемый плугом, обратно в траншею, покрывая трубопровод.
В процессе укладки труб водолазы постоянно инспектируют стингер и трубопровод. Они следят за отсутствием препятствий на морском дне, правильной укладкой трубопровода и надлежащим положением стингера.
Затем, после завершения прокладки трубопровода к платформе, водолазы подсоединяют его к стояку, участку трубопровода, который поднимается с морского дна к палубе и крепится к конструкции.
До эксплуатации трубопровода он должен быть спрессован и проверен на плотность. Аналогично, все оборудование на палубе, трубопровод и проводка, клапаны и переключатели, насосы и системы, извлекающие сырую нефть из земли, очищающие ее и проталкивающие ее в сторону берега, должны быть многократно испытаны, чтобы убедиться в безотказной работе и отсутствии опасности для человека или окружающей среды.
Позже укладка глубоководных трубопроводов была выполнена по новой технологии, сущность которой заключается в том, что для регулирования напряжения в трубопроводе в процессе его погружения на дно моря были применены разгружающие понтоны взамен направляющего устройства- стингера. Это позволило значительно уменьшить изгиб трубопровода и тем самым обеспечить безаварийную его укладку в жестких гидрометеорологических условиях.
Трубопроводы могут быть проложены в различные места. Одни ведут к морским сборочным станциям, где нефть и газ подвергаются дальнейшему разделению, направляются обратно в трубопровод и к берегу для дополнительной переработки.
Другие трубопроводы заканчиваются на берегу в больших нефтебазах, где жидкие углеводороды хранятся для последующего распределения по нефтеперерабатывающим заводам. Углеводороды могут транспортироваться по подземному трубопроводу прямо на нефтеперерабатывающий завод, или к морскому терминалу для погрузки на танкеры, направляющиеся в другие части света.
Несколько танкеров могут загружаться и разгружаться с многопричального терминала, или один танкер может загружаться и разгружаться в системе с заякориванием буя.
Многопричальные терминалы находятся в зонах, укрытых от суровой погоды. Они погружают или разгружают нефтепродукты с помощью гигантских стрел, спроектированных с целью компенсации перемещения судна, вызванного приливами и отливами или меняющейся нагрузкой.
При системе с заякориванием буя танкер соединяется шлангами крупного диаметра с шарнирным соединением. Свободное перемещение соединения обеспечивает возможность загрузки нефти независимо от перемещения судна вследствие течений и волн.
С танкеров или береговых нефтебаз, сырая нефть и природный газ поступают на береговой завод, где они перерабатываются в продукты для нефтяной, газовой и химической промышленности. На этих заводах углеводороды становятся ингредиентами для многочисленных продуктов, с которыми мы ежедневно соприкасаемся. Они превращаются в бензин и моторное масло, в синтетические ткани и пластмассы, в асфальт и другие промышленные продукты, и в топливо для промышленности и наших домов.
Контрольные вопросы:
- 1. Как впервые прокладывали трубопроводы?
- 2. Что производятся на береговой монтажно-сварочной площадке?
- 4. Что используют для укладки трубопроводов?
- 5. Что такое стингер и для чего он служит?.
- 6. Каковы требования к изготовлениям трубопроводов?
- 7. Какие новые технологии были выполнены для регулирования напряжения в трубопроводе?
Ключевым вопросом проектирования морских трубопроводов является выбор и обоснование его основных конструктивных параметров, таких как материал труб, их наружный диаметр и толщина стенки, способ монтажа, а также защиты от коррозии, обеспечения устойчивости и других эксплуатационных характеристик.
Окончательную конструкцию морских трубопроводов выбирают после сравнительного технико-экономического анализа различных вариантов с учетом конкретных условий строительства и эксплуатации.
В качестве материалов труб в мировой практике строительства нашли применение сталь, коррозионностойкие сплавы, алюминий и некоторые другие. Наибольшее распространение получили стальные трубопроводы.
К числу наиболее распространенных материалов и соответственно конструкций относятся:
1. Трубы из углеродисто-марганцевой стали . Наиболее полный свод требований к ним содержится в «Правилах для морских трубопроводных систем», выпущенных Det Norsk Veritas (Норвегия).
2. Гибкие трубы (рис. 10.5). Эти трубы имеют композитную структуру и изготавливаются из нескольких слоев пластмассы, резины и стали для формирования прочных и гибких трубопроводов, способных выдерживать высокие рабочие давления и обеспечивать транспортировку широкого ряда продуктов. Гибкие трубы имеют большую стоимость материала, однако они обеспечивают значительную экономию расходов на укладку. Они могут укладываться с неспециализированных плавучих средств, а это означает, что большие расходы на мобилизацию специального трубоукладочного судна, например к удаленным строительно-монтажным участкам, могут быть снижены.
3. Пучки труб . Разработка небольших месторождений часто связана с применением определенного центрального эксплуатационного сооружения, окруженного несколькими саттелитными скважинами, для добычи продукта или закачки воды в пласт. Экономичным решением для проблемы монтажа нескольких линий на коротком участке является применение пучка линий. Пучок может состоять из отдельных труб, заключенных в единую трубу-носитель или связанных вместе на берегу.
Труба-носитель выбирается таким образом, чтобы обеспечить плавучесть всего пучка, близкого к нейтральной. Этот пучок труб буксируют на место по дну, вблизи него или на среднем уровне по глубине в зависимости от ряда технических соображений, которые включают условия на трассе буксировки.
Пучок затем размещают на дне, несущую трубу заполняют водой на грунте и отдельные трубопроводы пучка подсоединяют к соответствующему оборудованию. Связывание труб в пучки обеспечивает значительную экономию средств, если может быть найдена соответствующая площадка на берегу для изготовления таких пучков.
4. Трубы J -образной формы . Они являются альтернативой обычному стояку. J-образную трубу обычно монтируют предварительно на платформе для последующего монтажа, защиты и обеспечения опоры для внутренней трубы, соединяющей верхние строения платформы с уложенным на дне трубопроводом, J-образные трубы могут поддерживаться по отдельности или связываться вместе в пучок внутри кессона. Кессон особенно полезен в тех случаях, когда необходимо проводить несколько J-образных труб в ограниченном пространстве.
Конструкция J-образных труб зависит от того, что предполагается в них располагать, а именно: стальной трубопровод, гибкий трубопровод или обеспечивающие кабели.
J-образные трубы обеспечивают значительную экономию, связанную с уменьшением стоимости конструкции морских сооружений, поскольку при этом исключается необходимость применения соединительных катушек. Начальный конец трубопровода может быть уложен с соответствующего плавучего средства и затянут в J-образную трубу с помощью лебедок, располагающихся на платформе. Плавучее средство затем перемещается от платформы и выполняет обычные операции укладки трубопровода. Если требуется подсоединить второй конец трубопровода к платформе через J-образную трубу, то его укладывают петлей и затем втягивают.
5. Конструкция «труба в трубе». Существуют конструкции, в которых в целях повышения надежности несущая труба не контактирует с окружающей средой - это так называемые конструкции типа «труба в трубе».
Среди них можно выделить две принципиально различные схемы:
1) внутренняя труба работает, наружная используется как защитный кожух;
2) обе трубы работают.
Конструкции типа «труба в трубе» показаны на рис. 10.6-10.9. Их существенным недостатком является то, что кожух не воспринимает нагрузку от внутреннего давления и тем самым не повышает их несущую способность. Кроме того, требуется балластировка всего трубопровода.
Для более полного использования несущей способности внутренней и наружной труб было предложено межтрубное пространство заполнять цементно-песчаным раствором (рис. 10.9), который после отвердения жестко соединяет обе трубы. В результате получается монолитная двухтрубная конструкция, способная выдерживать значительно большее внутреннее давление.
Диаметр внутренней трубы принимают исходя из технологических соображений (пропускной способности), а наружный - исходя из обеспечения возможности прокачки заполнителя (цемент, битум, эпоксидные смолы и т. п.) по межтрубному пространству, а также из обеспечения необходимой плавучести.
6. Балластировка подводных трубопроводов . Балластировка подводных трубопроводов необходима для их устойчивого положения на дне моря, водоема, реки, озера. Для обеспечения устойчивого положения подводный трубопровод должен иметь отрицательную плавучесть, т.е. полный вес трубопровода в воздухе должен быть больше вытесненной им воды.
На устойчивость подводного трубопровода большое влияние оказывает объемный вес воды в придонной зоне (при размыве грунта от действия волн), а также гидродинамическое давление от волнения и течений. Изменение объемного веса воды с 1,0 до 1,20- 1,25 т/м 3 может привести к уменьшению величины отрицательной плавучести и всплытию трубопровода.
Таким образом, при подсчете веса трубы в воде, кроме значения отрицательной плавучести, следует учитывать и другие факторы, имеющие дополнительное влияние на устойчивость подводного трубопровода. Необходимое значение веса балласта определяется по условному «удельному весу» трубопровода (отношение веса трубопровода с балластом в воздухе к весу воды, вытесняемой трубопроводом и балластом) . Так, по американским техническим условиям морские трубопроводы, укладываемые в прибрежных зонах, должны иметь условный «удельный вес» не менее 1,30. В отдельных случаях, в зависимости от естественных условий района прокладки, когда при волнениях объемный вес грунтовой смеси в придонной зоне доходит до 1,8 т/м 3 , величины условного «удельного веса» морского трубопровода рекомендуется увеличивать до 2.
В практике для балластировки подводных трубопроводов применяют сплошные монолитные бетонные и асфальто-бетонные мастики, наносимые на изоляцию, а также одиночные чугунные, железобетонные или бетонные грузы.
Применение балластных грузов из чугуна связано с большим расходом металла. В отдельных случаях стоимость балластировки чугунными грузами может в 1,5-2 раза превышать стоимость труб. Поэтому в целях экономии металла рекомендуется применять железобетонные грузы. Серьезным недостатком использования бетонных и железобетонных грузов для балластировки подводных и особенно морских трубопроводов являются их сравнительно небольшой объемный вес и, следовательно, необходимость применения большого их количества. Для увеличения объемного веса железобетонных грузов в состав инертных заполнителей вводят утяжеляющие добавки - гематит, железную руду и т. д. - и тем самым объемный вес бетона доводят до 2,8-3,0 т/м 3 .
Следует отметить, что одиночные грузы могут создавать сосредоточенные нагрузки, повреждать изоляцию, затруднять протаскивание их по дну и исключать применение трубозаглубительных механизмов.
В последнее время при строительстве морских трубопроводов нашли применение пригрузки сплошными покрытиями из бетона, усиленного арматурой, поверх слоя антикоррозионной изоляции.
В большинстве случаев бетонную смесь наносят на поверхность методом торкретирования. Армированное бетонное балластное покрытие является эффективным способом утяжеления морских трубопроводов особенно большого диаметра. Следует отметить, что вопрос целесообразности применения сплошного покрытия из бетона связан с выбранным методом прокладки трубопроводов.
Бетонные и другие сплошные покрытия часто применяют при протаскивании трубопровода по дну моря без изгиба или с изгибом по кривой большого радиуса, чтобы предотвратить образование трещин.
Кроме того, сплошное покрытие хорошо защищает изоляцию и дает возможность применять наиболее производительные трубозаглубительные снаряды, перемещающиеся вдоль уложенных трубопроводов.
Особый интерес представляют специальные балластные покрытия, в состав которых входит асфальтовая мастика с частицами стекловолокна и утяжеляющими материалами. Такие сплошные покрытия имеют одновременно антикоррозионные свойства. Их объемный вес может составлять от 2,08 до 3,84 т/м 3 в зависимости от количества добавляемых материалов.
Высокая пластичность этих покрытий исключает образование трещин при изгибе трубопровода в процессе укладки. Применение подобных покрытий, являющихся одновременно изоляционными материалами, допускает укладку трубопроводов методом наращивания с плавучих средств с изгибом в пределах упругих деформаций металла труб.
В отдельных случаях в спокойных акваториях с устойчивыми грунтовыми условиями, а также при прокладке трубопроводов через пойменные и заболоченные участки устойчивость может быть обеспечена винтовыми или другими видами металлических анкеров.
В настоящее время для изоляции подводных трубопроводов применяют каменноугольные эмали, битумную мастику и полимерную пленку. В последние годы разработаны напыляемые эпоксидные покрытия.
Каменноугольные эмали отличаются высокой сопротивляемостью к отслаиванию, водонепроницаемостью и устойчивостью к химическим реагентам. Однако эти покрытия плохо переносят ударные нагрузки, имеют низкую абразивную износостойкость, склонны к хрупкому разрушению при низких температурах и размягчению - при высоких.
Битумная мастика в отличие от каменноугольной эмали более износостойка, устойчива к ударным нагрузкам, но обладает меньшей адгезией и гибкостью.
Эпоксидные покрытия изготавливают из смеси эпоксидной пудры, красителя и отвердителя. Их наносят слоем толщиной 0,31-0,64 мм на предварительно подогретую (примерно до 232 °С) поверхность трубы. Эпоксидные покрытия обладают более высокими адгезионными свойствами, гибкостью и устойчивостью к абразивному износу и ударным нагрузкам, но требуют особой подготовки поверхности трубы, включая предварительный подогрев, а также специальной технологии нанесения утяжеляющего покрытия.
Резюме
Морские трубопроводные системы - сложнейшие технические объекты, работающие в трудных природных условиях. Они являются эффективными средствами транспорта при освоении нефтегазовых ресурсов континентального шельфа морей и океанов. В ближайшие десятилетия с увеличением добычи газа и нефти из месторождений шельфа России потребности в морских трубопроводах будут нарастать.
Ключевым вопросом проектирования морских трубопроводов являются выбор и обоснование его основных конструктивных параметров, таких как материал труб, их наружный диаметр и толщина стенки, способ монтажа, а также защиты от коррозии, обеспечения устойчивости и других эксплуатационных характеристик. Окончательную конструкцию морских трубопроводов выбирают после сравнительного технико-экономического анализа различных вариантов с учетом конкретных условий строительства и эксплуатации.
При проектировании и сооружении трубопроводов в условиях Арктики специалистам необходимо решить целый ряд уникальных задач, с которыми нефтегазовая промышленность до сих пор не сталкивалась, реализуя проекты в других регионах мира. В их число входят ледовое пропахивание, ледовая эрозия дна, выход льда на берег, устойчивость берегового грунта, таяние льдов. Зачастую возникает необходимость разработки специальных методов и оборудования, предназначенных для работы в удалённых регионах (при отсутствии какой бы то ни было инфраструктуры), с ограниченной продолжительностью строительного сезона, в суровых погодных условиях и сложной ледовой обстановке.
Специфика Арктики
Все перечисленные выше факторы необходимо учитывать при проектировании трубопроводов в дополнение к объёмам перекачиваемых нефти или газа, показателям прочности грунта и устойчивости морского дна. Среди прочих факторов – условия окружающей среды: такие как глубина моря, температура, морская фауна, тип выполняемых работ (например, морская транспортировка углеводородного сырья или промышленная эксплуатация месторождения).
Пропахивание морского дна имеет место при движении ледовых торосов под воздействием ветра или соседнего ледового поля, при этом киль тороса соприкасается с дном. Ледовая эрозия дна образуется во время весеннего таяния, когда вода из разливающихся рек поступает на поверхность морского льда и просачивается в море через полыньи и трещины. Просачивающаяся вода образует водовороты, воздействующие на морское дно и лежащие на дне трубопроводы.
Береговая линия и барьерные острова подвергаются воздействию подвижного льда во время его намерзания или вскрытия. В результате вдоль береговой линии образуются нагоны, максимальная высота которых может быть на уровне ватерлинии или уровня берега, что и приводит к выходу ледяных глыб на берег.
На участке морского трубопровода при соединении с наземным трубопроводом в его конструкции должно быть предусмотрено некоторое расстояние, предохраняющее трубопровод от повреждений при выходе льда на берег. Закладка гравием, пригрузка, восстановление растительного покрова необходимы для предотвращения ускоренной эрозии участка в месте выхода трубы на берег.
При расчёте расстояния выхода трубопровода на берег необходимо также учесть отступление береговой линии. На мелководье происходит промерзание донного грунта в зимний период. Под слоем подвижного льда находится вечная мерзлота. Тепловое воздействие трубопровода на мёрзлый грунт также должно учитываться при проектировании, чтобы оттаивание грунта не повлияло на целостность трубопровода.
Монтаж конструкций
Несмотря на большой опыт строительства трубопроводов в различных регионах мира, опыт сооружения трубопроводных систем в условиях Арктики ограничен тремя проектами: Northstar, Oooguruk и Nikaitchuq. Укладка всех трёх трубопроводов производилась со льда во время зимнего строительного сезона. Трубопроводы были заглублены во избежание повреждений от ледового пропахивания.
В условиях Арктики для укладки трубопроводов на мелководье использовалось оборудование, размещённое на льду во время зимнего строительного сезона. Хотя до сих пор ни одного глубоководного арктического трубопровода построено не было, баржи-трубоукладчики применялись на больших глубинах в субарктических регионах (там, где не было льда).
В неарктических регионах, подверженных, тем не менее, ледовому пропахиванию, отраслевой опыт строительства трубопроводов был накоплен на российском шельфе (на о-ве Сахалин), где укладка велась с судов. В рамках проекта «Сахалин-2» были установлены платформы на месторождениях Пильтун-Астохское и Лунское, соединённые с берегом трубопроводной системой суммарной длинной 262 км. Помимо того, что эта система рассчитана на то, чтобы выдерживать землетрясения, трубопроводы были заглублены на 35 м во избежание повреждения от ледового пропахивания.
При определении глубины заглубления трубопроводов необходимо учитывать целый ряд факторов, таких как береговая эрозия, движение барханов, а также пропахивание морского дна килями ледовых торосов. Для уточнения величины и частоты ледовых пропахиваний и эрозии при проектировании трубопроводных систем нужно использовать специальные программы, предназначенные для исследования морского дна. Обычно для их проведения используют суда, оборудованные многолучевыми боковым и донным профилирующими сонарами. В случае ледовой эрозии дна до наступления сезона открытой воды используются вертолёты.
После сбора данных необходимо произвести их обработку и анализ для разработки соответствующих критериев проектирования. В прошлом обработка данных была трудоёмким и продолжительным процессом. В настоящее время с этой целью используют специальные компьютерные программы. Создаются подробные базы данных, в которых содержится информация по каждому объекту с указанием его местоположения, глубины, ширины, длины и т.д. Каждый такой набор данных содержит важнейшие параметры, используемые при проектировании, и охватывает большой диапазон глубин с информацией о частоте и величине ледового пропахивания.
Прогнозирование глубин
На параметры заглубления трубопроводных систем влияют следующие факторы: глубина ледового пропахивания, геометрия траншеи, деформации под бороздами пропахивания, тип грунта и его прочность на сдвиг. Основной задачей является устранение и изучение неопределённостей, связанных с расчётами глубины. Для этого необходимо определить проектную глубину пропахивания на основании полевых данных и физических ограничений, таких как прочность грунта и льда, а затем определить воздействие льда на грунт и нагрузку на трубопровод при помощи связанного (уточнённая модель грунта) и несвязанного (упрощённая модель грунта) анализов. Обычно трубопровод проектируется так, чтобы он не соприкасался с килем ледового тороса. Учитываются также нагрузки на траншею и грунт при укладке трубопровода и критерии проектирования трубопровода в части деформаций и нагрузок, влияющих на конструктивную целостность трубопровода.
Связанная модель – это трёхмерная модель, в которой грунт моделируется как континуум, а процесс пропахивания эксплицитно моделируется в среде грунта. Несвязанные модели – это главным образом двухмерные модели консольного типа, в которых грунт моделируется пружинами. Неустановившееся смещение (деформации под бороздами пропахивания), наложенное на основу пружин, моделирует влияние процесса пропахивания на трубопровод в несвязанных моделях; характеристики пружин являются упрощённым представлением поведения грунтовой среды в части кривых нагрузка/смещение.
Совместные отраслевые проекты позволяют получить лучшее представление о процессах пропахивания льда и требуемой глубине заглубления трубопроводов. Завершённое недавно исследование «Оценка и устранение рисков при строительстве трубопроводов», являющееся одним из совместных отраслевых проектов, было нацелено на создание инженерных моделей, разработку процедур проектирования и обобщение передового опыта в области защиты трубопроводов от килевых нагрузок. Под руководством Канадского центра гидравлических исследований недавно завершён совместный отраслевой проект по моделированию взаимодействия килей ледовых торосов и морского дна. Целью данного исследования было изучение процесса ледового пропахивания и его параметров – силы, глубины и их соотношений в условиях песчаных грунтов.
Механическая целостность трубопроводов и её мониторинг
Системы обнаружения утечек на трубопроводах подразделяются на программные и аппаратные системы. В рамках программных систем проводится сбор данных с датчиков, которые обычно используются при эксплуатации трубопроводов (датчики давления, температуры, расхода) для обнаружения и локализации потенциальных утечек на основании программных алгоритмов. В аппаратных системах для мониторинга утечек используются датчики, не связанные с обычным процессом эксплуатации трубопроводов. Для усовершенствования имеющихся в настоящее время программных систем мониторинга внедряется мониторинг испарений и оптоволоконные технологии.
Инновационные рубежи
Возможна укладка трубопроводов на короткие расстояния через скважины-шурфы, пробуренные с использованием безтраншейных методов укладки. Такие методы можно разделить на две основные категории: методы наклонно-направленного бурения и создание микротуннелей.
Наклонно-направленное бурение применяется при строительстве речных переходов и укладке коротких отрезков трубопроводов через недоступный рельеф. При использовании данного метода буровая установка наклонного бурения располагается на одном берегу реки. Она бурит такую же скважину, как и при бурении на нефть. Скважина обычно бурится на глубину порядка нескольких метров под поверхностью грунта с выходом на другой берег. Затем трубопровод или связка трубопроводов протягивается через скважину. Данный метод сводит к минимуму повреждение поверхности: параметры объёма вскрыши на погонный метр трубопровода позволяют заглублять трубопровод на глубину нескольких метров.
Следует отметить, что при прокладке трубопровода данным методом используется буровой раствор (бентонит). Выход бурового раствора в непредсказуемых местах и загрязнение окружающей среды раствором – главные недостатки данного метода. Кроме того, применение наклонно-направленного бурения может оказаться проблематичным из-за характеристик грунтов в Арктике.
Использование данного метода ограничено устойчивостью стенок скважины и усилием, необходимым для проталкивания колонны бурильных труб в скважину при бурении, а после его завершения – для проталкивания трубопровода через скважину. Большей длины можно достичь посредством строительства кессонов на мелководье через каждые 2 км трассы. Такая технология была успешно применена при соединении платформы Mittelplate в немецком секторе Северного мора с береговыми сооружениями посредством трубопровода длиной 11 км.
Технология создания микротуннелей задавливанием труб использовалась на участках берегового примыкания (например, участок трубопровода Europipe). Тем не менее, при применении данного метода длина всё ещё ограничена несколькими километрами в основном из-за необходимости проталкивания с одного конца трубопровода поддерживающей трубы. Обычная туннельная технология с использованием туннелепроходческих машин позволяет создавать сооружения поддержки непосредственно за забоем, вследствие чего можно увеличить длину самого туннеля. Для этого его диаметр должен составлять несколько метров (необходимо для установки оборудования). Однако применение такого метода для строительства трубопроводов, по мнению специалистов, вряд ли можно назвать практичным.
Укладку морских трубопроводов можно осуществлять несколькими методами. Выбор метода для данной глубины воды обычно определяется сочетанием характеристик оборудования, возможностью его приобретения или аренды, условиями окружающей среды, стоимостью и другими факторами .
1. Наиболее распространенными являются следующие методы:
Для участков укладки трубопровода в траншею при пересечении береговой линии:
ь протаскивание на берег с баржи, стоящей на якорях в море, по предварительно разработанной траншее с использованием береговых лебедок.
ь монтаж плетей на берегу и протаскивание трубопровода в море по разработанной траншее с использованием лебедок рабочей баржи или буксиров.
ь монтаж трубопровода на барже и протаскивание на берег с баржи по предварительно разработанной траншее. Тяговое усилие передается от установленной на барже лебедки через канат, проходящий через блок на берегу, и обратно на лебедку баржи.
Последний метод является оптимальным с точки зрения минимализации подготовительных работ и затрат на организацию и эксплуатацию береговых сооружений.
2. Для укладки трубопровода в глубоководных зонах:
ь обычный S-метод;
ь метод укладки при вертикальном положении труб (J-метод);
ь укладка трубопровода с барабана (G-метод);
ь буксировка над дном;
ь протаскивание по дну;
ь буксировка на заданной глубине;
ь буксировка на поверхности.
Методы буксировки обычно применяются только при работе с очень короткими трубопроводами.
Для строительства подводных магистральных нефте- и газопроводов, протяженность которых может достигать десятков и сотен километров, в настоящее время применяют технологию наращивания трубопроводав море при использовании специальных трубоукладочных судов (ТУС). При этом все сварочные операции, неразрушаюший контроль и нанесение изоляции на монтажные стыки производятся на борту судна на нескольких рабочих постах одновременно. По мере наращивания трубопровода на одну трубу или секцию судно-трубоукладчик перемещается вперед, а трубопровод сходит на дно путем свободного погружения. Для плавного схода трубопровода с кормы и снижения возникающих напряжений судно оборудуют специальным поддерживающим устройством - стингером. Контроль напряженно- деформированного состояния трубопровода на стингере и свободно провисающем участке между стингером и морским дном осуществляется путем приложения продольного растягивающего усилия на ТУС. Удержание самого судна в стационарном положении осуществляется с помощью системы якорей или динамического позиционирования .
Современная технология строительства морских трубопроводов больших диаметров с использованием судов-трубоукладчиков основана на применении двух основных способов проихводства укладочных работ - S методе и J- методе укладки трубопровода. На практике используют сочетание обеих технологий, а именно строят прибрежные участки с помощью судов, реализующих S- метод, а продолжают монтаж в глубь моря J- методом.
Укладки трубопровода в глубоководных зонах можно классифицировать следующим образом:
1. протаскивание по дну моря;
2. погружение с поверхности моря;
3. спуск на морское дно с трубоукладочных судов (ТУС).
Способ укладки протаскиванием по дну
Кроме того, способ протаскивания используют при сооружении трубопроводов к пунктам беспричального налива танкеров, прибрежным платформам или между двумя нефтедобывающими платформами в море .
В настоящее время делаются усилия для разработки технологии протаскивания трубопроводов на большие расстояния со стыковкой под водой в гипербарических камерах. Главной проблемой при этом остаётся проблема обеспечения необходимой точности укладки и стыковки каждой новой прибуксированной плети трубопроводов с уже лежащей на грунте.
Технологический процесс строительства трубопроводов включает в себя изготовление на берегу плетей (длиной 500-2000 м), спуск их на воду и протаскивание по дну с применением мощных лебёдок или буксиров. Спусковая дорожка для транспортировки плетей трубопровода к урезу воды может иметь различную конструкцию (узкоколейная рельсовая дорога с тележками, спусковой путь из отдельных роликоопор, ледовая спусковая дорожка, спусковая дорожка в виде траншеи, заполненной водой и др.). При этом особое внимание обращается на защиту изоляционного покрытия от механических повреждений. Для создания необходимой тяги используют лебёдки, установленные на буксирах или баржах, которые удерживаются на якорях.
К переднему концу плети приваривается оголовок с устройством для крепления троса.
Оголовок имеет коническую форму или сферическую форму, что предотвращает возможность зарывания головного участка секции трубопровода в грунт при протаскивании. От оголовка трос идёт к тяговой лебёдке, установленной на судне.
Для уменьшения силы трения плеть трубопровода оснащают разгружающимися понтонами, которые позволяют значительно понижать отрицательную плавучесть трубопровода .
Длина секции (плети), которая может быть уложена единовременно, зависит от её веса и мощности системы перемещения. Вес протаскиваемой плети - главный фактор.
Способ протаскивания плетей трубопровода по дну по сравнению укладкой его с трубоукладочного судна имеет следующие преимущества:
ь уменьшаются напряжения в трубопроводе;
ь возрастает глубина укладки;
ь сокращаются простои из-за погодных условий.
Иногда используется метод протаскивания труб в непосредственной близости от дна моря.
При этом применяются понтоны, оснащённые гирляндами цепей, которые при правильном выборе их длины не позволяют трубопроводу всплыть на поверхность или опуститься на дно.
Трубопроводная плеть находится в нулевой плавучести и может транспортироваться с помощью буксиров небольшой мощности на расстоянии 1-2 м от дна моря.
Этот метод по сути дела совпадает со способом придонной буксировки трубопровода при его прокладке свободным погружением.
Метод протаскивания в ледовых условиях становится приемлемым, если зимний лёд достаточно устойчив, чтобы использоваться как рабочая платформа, роли которой в обычных условиях играет судно.
Рис. 9. 1
Способ укладки по дну погружением с поверхности моря
Этот способ широко используется при сооружении трубопроводов в прибрежных зонах.
Порядок производства работ при прокладке трубопроводов предусматривает изготовление на берегу плетей, спуск их на воду, буксировку на плаву к месту укладки и опускания на дно. Осуществление буксировки требует благоприятных гидрологических условий региона и с успехом может применяться на допускаемых по расчёту глубинах моря при волнении 3-4 бала и небольших течениях.
Сварка труб в плети и их изоляция могут быть выполнены по одной из технологических схем, применяемых в полевых условиях. Плети спускают на воду различными способами по узкоколейной дорожке с тележками, роликовым опорам и т.д. В отдельных случаях может оказаться целесообразным устройство траншеи, соединённой с морем .
Преимущество способа поверхностной буксировки плетей трубопровода заключается в возможности визуальной проверки правильности расчёта плавучести трубопровода и полноты его оснастки. Если условия на береговом участке не позволяют собирать и опускать плети в траншею, расположенную нормально к урезу воды, то плети можно собирать на лежнях или стеллажах и скатывать в воду по специально устроенной эстакаде или по наклонному стапелю.
Готовые к прокладке плети длиной до 15 км буксируют к месту укладки.
Трубопровод, поверхность которого, как правило, защищена бетонным покрытием для обеспечения отрицательной плавучести, оснащён понтонами для придания ему положительной плавучести. Готовая плеть, отбуксированная к месту укладки тем или иным способом, соединяется с выходящим из воды ранее проложенным концом и опускается на дно. В зависимости от принятой организации работ головной конец присоединяемой плети может находиться либо на судне, либо на поплавке.
Трубопроводы больших диаметров с положительной плавучестью при способе поверхностной буксировки буксируют к месту укладки без понтонов. Плети таких трубопроводов после присоединения к концу ранее проложенной плети погружают на дно путём залива в неё воды. Вода подаётся с берегового конца. На головном конце опускаемой плети монтируют быстросъёмную заглушку с шлангом и трос с буем. Буй фиксирует местоположение конца петли. По шлангу трубопровод продувают сжатым воздухом до момента всплытия его головного конца, и затем его подают для присоединения к очередной прибуксированной плети. Аналогичные мероприятия должны быть предусмотрены на случай прекращения работ .
Рис. 10. 1
Наибольший изгиб при таком методе укладки трубопровод испытывает в сечениях, расположенных у дна и поверхности воды. Для снижения этих напряжений в отдельных случаях трубы заполняют не морской водой, а другой жидкостью или раствором с необходимым удельным весом. или жидкостью с меньшей плотностью (например, лигроином). Иногда для погружения трубопровода производят последовательное (обычно, автоматическое) отсоединение понтонов или залив воды в понтоны, которые сообщаются друг с другом через шланг.
Если гидрологические условия региона укладки трубопровода не позволяют буксировать плети трубопровода в надводном состоянии, то можно использовать метод подводной буксировки, которая предусматривает сварку трубопроводных секций длиной до 15 км на берегу с последующей транспортировкой их под водой к месту укладки. Спуск плетей на воду осуществляется в отсутствие волнения моря. Всю плеть трубопровода крепят к вертикальным цилиндрическим буям, находящимся на поверхности воды, таким образом, чтобы плеть оказалась ниже зоны активного воздействия волн; для условий Северного моря эта глубина принята равной 40 м.
В таком положении плеть буксируют к месту назначения, затем, используя для позиционирования буксир, секцию опускают на морское дно путём дистанционного затопления буев.
Во время проведения операций по укладке плети с целью уменьшения внутренних напряжений буи разгружаются в несколько приёмов. Для изменения положения трубопровода применяют натяжные устройства, установленные на судне (в случае его использования). Известно, что в случае укладки стальных трубопроводов без наружного антикоррозионного покрытия проблем, как правило, не возникает. При укладке трубопроводов с твёрдым покрытием (эпоксидной изоляцией) на практике случались проблемы, связанные с пониженной прочностью покрытия и её зависимостью от погрешностей позиционирования плети при транспортировке и укладке на морское дно .
Кроме того, иногда используются варианты придонной буксировки плетей, и буксировки с контролем глубины, которая является разновидностью придонной буксировки. Иногда этот метод буксировки называют способом укладки на средних глубинах.
При придонной буксировке к трубопроводу крепятся понтоны и цепи. Общая плавучесть системы рассчитывается таким образом, что трубопровод плавает над морским дном, а часть цепи (пригрузка) находится на морском дне. Этот способ обеспечивает стабильность по отношению к воздействию волн и течений, однако по его использованию имеется ограничение, связанное с тем, что морское дно должно быть достаточно гладким и ровным.
При буксировке с контролем глубины плавучесть системы должна быть рассчитана с такой точностью, чтобы подъёмные силы, действующие на цепи-пригрузы за счёт буксировки с определённой скоростью, подняли бы трубопровод со дна моря. Когда прекращается буксировка или же скорость буксировки падает ниже критического значения, трубопровод как бы зависает над дном. Этим способом уже было отбуксировано нескольких секций трубопроводов диаметром 660 мм и протяжённостью 3,5 км с последующей их укладкой в водах глубиной 150 м.
При сравнении метода сооружения подводных трубопроводов, основанного на придонной буксировке плетей трубопровода с последующим контролем глубины опускания, с традиционным методом, предусматривающим использование трубоукладочного судна, видно следующее его преимущество: требуется минимум техники и оборудования (необходим лишь ведущий буксир с системой контроля и одно или два судна для сбора буев. Способ экономичен, особенно эффективен при подводной укладке изолированных труб, труб с подогревом или пучка трубопроводов в общей оболочке (трубе).
Надводная буксировка
Подводная буксировка
Рассматриваемый способ придонной буксировке труб с последующей их укладкой на дно применим практически для всех типов трубопроводов, которые ранее сооружались традиционным способом с использованием трубоукладочного судна. Операция погружения также не представляет особых трудностей и не является лимитирующим фактором для использования способа. При необходимости буи могут быть разгружены в два или более приёмов с целью уменьшения внутренних напряжений в трубопроводе во время операций буксировки и укладки на дно. Для изменения положения трубопровода требуется устройство для его натяжения, причём в случае укладки стальных трубопроводов без нанесённого сверху антикоррозионного покрытия никаких проблем не возникает, а при укладке трубопроводов с пластиковой изоляцией могут появиться некоторые проблемы. Длина трубопроводных плетей (секций) непосредственно зависит от операции позиционирования. Если течение более или менее умеренное, то точно позиционировать удаётся даже очень длинные трубопроводы. Если позволяют условия трассы, то длина плетей (секций) может быть увеличена.
Спуск на морское дно с трубоукладочных судов (ТУС)
А. Монтаж в горизонтальном или слабонаклонном положении
Наиболее распространённым методом укладки труб этим способом является так называемый S-метод. Для плавного схода трубопровода с кормы судно оборудуют специальным спусковым устройством - стингером. Участок трубы, находящийся между точкой касания дна и стингера, принимает форму S - образной кривой, и поэтому этот способ монтажа подводных трубопроводов получил название S-метода.
Рис. 11.
В этом методе применяется следующая контейнерная технология трубоукладки:
С судового склада трубы подают на вспомогательную монтажную линию с помощью передвижного крана малой производительности;
На вспомогательной монтажной линии трубы осуществляют демонтаж защитных обечаек с торцов трубы, очитку полости труб от посторонних предметов и зачистку кромок для проведения входного контроля торцов труб, проводят входной контроль торцов труб, центрируют (при этом осуществляется также деовализация кромок обеих труб перед их сваркой и сваривают в секции из двух или трёх труб, причём качество сварки проверяется средствами рентгенографического или ультразвукового контроля;
Секции труб перемещают на основную монтажную линии с помощью поперечного конвейера;
На 1-м рабочем посту (станции) монтажной линии секцию труб стыкуют с трубопроводом, центрируют и накладывают основной сварочный шов;
Трубоукладочное судно перемещается по трассе на длину секции, стык секции и трубопровода перемещается на 2-й пост, где накладывают последующие слои сварного шва, затем на 3-й, 4-й и последующие сварочные посты, В зависимости от принятой технологии количество сварочных постов на линии может составлять от 3 до 6;
Стык секции и трубопровода в результате перемещения судна по трассе попадает на пост неразрушающего контроля сварного шва, затеи на пост очистки и изоляции стыка и далее на пост обетонирования стыка (если это предусмотрено технологией), далее трубопровод спускается воду.
S-метод имеет следующие преимущества и недостатки:
Преимущества:
· пригоден для работы на мелких и глубоких водах;
· меньшая зависимость от погоды, чем для буксиров или лебедочных барж, используемых лая буксировки или протаскивания;
· высокая производительность по сравнению с J-методом;
· можно найти несколько судов, работающих по этому методу, в любом районе мира (число их растет по мере снижения глубины воды), что ведет к снижению затрат ка мобилизацию и демобилизацию, так как судно можно найти в районе проведения работ.
Недостатки:
· возможность повреждения стингера ударами волн;
· поскольку трубопровод проходит через поверхность воды под относительно небольшим углом, довольно протяженный участок оказывается близко к поверхности и подвержен воздействию волн;
· группа обеспечения укладки обходится дороже, чем буксир или лебедочная баржа;
· ТУС не может поворачиваться по ветру при укладке;
· высокие растягивающие нагрузки ограничивают рабочую глубину.
В процессе укладки морских трубопроводов стыковые сварные соединения труб бывают нагружены в значительно большей степени, чем сухопутные, и поэтому требования к их сварке повышены. Однако из-за высокой стоимости трубоукладочного судна (и по другим техническим и технологическим причинам) требуется высокая скорость изготовления трубопровода. В связи с эти для морских трубопроводов обычно применяют наиболее прогрессивные автоматизированные сварные установки, позволяющие осуществлять сварку с внутренней стороны трубы .
В состав вспомогательной монтажной линии входят устройства для перемещения труб и секций, станок подготовки кромок под сварку, детектор качества покрытия и наружный или внутренний центратор, сварочное оборудование, средство контроля качества сварки, устройства изоляции стыка и средства врезки и ремонта дефектного участка шва.
Кроме перечисленного оборудования, в состав основной монтажной линии входят натяжное устройство и средства обетонирования стыка. На современных судах-трубоукладчиках обетонирование, как правило, не проводят, а стык изолируют слоем битума, полиэтиленовой лентой или термоусадочной муфтой.
Современные трубоукладочные суда, работающие по S-методу, способны укладывать трубопроводы диаметром до 56" (1417 мм) на глубину до 300 м, а диаметром 32" (810 мм) - на глубину до 700 м со скоростью 3-5 км/сутки.
Рассмотренный S-метод монтажа морских трубопроводов имеет ограничение по глубине воды, т.к. горизонтального усилия трубоукладочного судна может оказаться недостаточно для создания требуемого напряжённо-деформированного состояния трубопровода. При этом увеличение радиуса кривизны и общей длины стингера осложняет контроль за укладкой трубопровода и делает его уязвимым к воздействию волн и течений .
Обычно для удержания ТУС в заданном месте и перемещения вдоль трассы прокладываемого трубопровода (при жёстких ограничениях перемещения под действием ветра, волнений и течений) служит мощная якорная система. Для работы якорной системы большое значение имеет обеспечение держащей силы якорей на грунте.
Помимо якорной системы удержания широко применяется динамическая система позиционирования.
Преимущества динамического позиционирования трубоукладочного судна:
· отсутствие какой-либо опасности повреждения существующих подводных кабелей и трубопроводов;
· меньшие взаимные помехи в случае проведения других операций вблизи ТУС;
· возможность работы в пределах зоны расстановки якорей буровых установок и заякоренных судов;
· гибкость в выборе места спуска и укладки труб на дно;
· быстрый спуск и укладка труб на дно;
· быстрое прекращение на дно в случае ухудшения погодных условий;
· никаких простоев из-за ограничений в расстановке якорей при неблагоприятных погодных условиях;
· сокращение простоев в результате механических повреждений;
· возможность работы при непрерывной вертикальной качке в процессе трубоукладочных операций.
Недостатком динамического позиционирования является глубокая осадка судна, оснащённого азимутальным движителем, находящимся примерно в 4 м ниже киля; подход к берегу невозможен, так как требуется глубина воды не менее 15 м.
Б. Монтаж в вертикальном положении
В настоящее время при строительстве трубопроводов на больших глубинах всё более широкое применение находит J-метод, также получивший своё название по форме кривой, которую принимает трубопровод в процессе монтажа.
Основные особенности J-метода состоят в том, что для стыковки и центровки секции труб с трубопроводом необходим подъёмник для подачи секции на наклонную площадку (спусковую рампу); соединение трубопровода с секцией осуществляется на одном рабочем посту с помощью сварного, муфтового или коннекторного соединения; спуск трубопровода осуществляется прямо с борта или кормы судна без применения стингера, из-за того, что верхний конец трубопровода располагается вертикально.
Преимущество этого способа монтажа трубопровода - возможность применения судов значительно меньших размеров, без использования громоздких стингеров.
Если S-метод имеет ограничение по глубине сверху, то применение J-метода, наоборот, лимитировано минимальной глубиной.
Рис. 12.
J-метод в основном применяется для укладки труб большого диаметра при относительно больших глубинах и предусматривает спуск трубопровода в вертикальном (или близком к вертикальному) положении с судна, оборудованного системой динамического позиционирования. При использовании этого метода плеть трубопровода сходит с ТУС, вися как кабель и слегка изгибаясь к горизонтали только по мере приближения к морскому дну.
В этом случае растяжение действует в почти вертикальном направлении, практически устраняя любую горизонтальную реакцию оборудования, размешенного на судне. Таким образом, полностью устраняется перегиб сверху и достаточно совсем короткого стингера для того, чтобы направлять плеть труб за бортом судна и снимать напряжение с укладочного интервала.
Трубопровод сваривают из 4-х трубных плетей в вертикальном положении в монтажной башне или вышке, установленной на ТУС, и укладывают на дно с натяжением для контроля изгибных напряжений. Судно перемещается вперед, н укладку продолжают, постоянно добавляя к трубопроводу новые плети. Установка плетей в вертикальное положение на монтажной вышке осуществляется с использованием поворотной рампы .
Поэтапная технология укладки трубопровода J-методом выглядит следующим образом:
Первый этап.
Плеть с разделанными кромками загружают со стеллажа на поворотную рампу с помощью двух палубных кранов. Плети фиксируют на поворотной рампе посредством набора роликов, после чего поднимают до тех пор, пока угол их наклона не сравняется с углом, под которым удерживается на стингере уже готовый трубопровод, спускающийся с кормы и удерживаемый удерживаемый устройствами.
Второй этап.
Плеть центрируют с помощью внутреннего центровочного инструмента, подвешенного в верхней части поворотной рампы.
Третий этап.
Сварка стыка закончена. Выполнен неразрушающий контроль. Начинается перемещение судна в новое положение, и стык опускается до уровня поста нанесения покрытия.
Четвертый этап.
На стык наносится покрытие. Начинается перемещение судна в новое положение, и трубопровод сходит через корму в море до тех пор, пока его свободный конец не подойдет к сварочному посту. Опускается поворотная рампа, и повторяется первый этап.
При такой схеме обычно используют только один пост для сварки, контроля и покрытия стыков, поэтому производительность J-метода меньше, чем при работе по S-методу. Однако этот метод имеет то преимущество, что при укладке трубопровода большого диаметра в глубоких водах требуется гораздо меньшее натяжение, чем при укладке S-методом.
Судно для работы по J-методу оборудовано системой динамического позиционирования, поскольку сложно использовать якоря на больших глубинах (до 3000 м), требующих применения J-метода.
J-метод имеет следующие преимущества и недостатки:
Преимущества:
Большая рабочая глубина;
Обычно требуется меньшее натяжение из-за большего угла схода, чем при использовании S-метода в глубоких водах (провисающий участок вместо участка перегиба),
Меньшие напряжения из-за отсутствия перегиба (не используется длинный стингер и конструкция оборудования, приводящая к чрезмерному изгибу трубопровода, но при жесткой вертикальной рампе нужно устанавливать под ней короткий вертикальный стингер с раструбом для ограничения изгибающего момента, действующего на трубопровод);
Для позиционирования ТУС требуется меньшее усилие;
Меньшая чувствительность трубы, проходящей через поверхность воды, к воздействию волн;
Меньшая зависимость от погоды, чем у буксиров или лебедочных барж, используемых для буксировки или протаскивания;
Более легкий спуск, укладка, временный спуск трубопровода на дно и последующий подъем,
Меньшее число пролетов на дне и меньшая длина пролетов, благодаря меньшим остаточным растягивающим напряжениям;
Дает возможность укладывать трубопровод по сложной трассе, для того, чтобы обойти препятствие или для выполнения требований, связанных с эксплуатационной системой;
Использование многотрубных плетей, изготовленных на суше, обеспечивает прекрасный контроль качества, так как большая часть кольцевых швов выполняется на берегу в контролируемых условиях окружающей среды.
При вертикальном положении труб J-метод имеет н некоторые другие преимущества:
ь намного меньшая чувствительность к погодным условиям, поскольку судно может поворачиваться по ветру;
ь меньшие затраты на мобилизацию для судов с небольшими или жестко закрепленными грузовыми стрелами.
Недостатки:
Ограниченное число судов, работающих по J-методу;
Существующие суда, работающие по J-методу, рассчитаны на недостаточно большой диаметр труб, что ведет к увеличению затрат на мобилизацию н демобилизацию при необходимости модернизации баржи для работы с трубами большого диаметра;
Невысокая производительность по сравнению с судами, работающими по S- методу;
ТУС стоит дороже, чем буксир или лебедочная баржа.
В. Разматывание с барабана
Для строительства гибких или стальных трубопроводов небольшого диаметра применяют метод разматывания с барабана, который в специальной литературе получил название G-метода.
Принцип максимизации времени работ на берегу для минимизации дорогостоящего времени работ в морских условиях, характерный для всех процессов строительства и эксплуатации подводных объектов, также применим к G-методу, при котором длинную плеть сваренного, изолированного и прошедшего гидравлические испытания трубопровода изготавливают на берегу и наматывают на барабан большого диаметра.
При укладке трубопровод, который был пластически деформирован в процессе намотки, раскатывают с помощью спрямляющего приспособления для "расправления" кривизны, после чего он ложится на дно по мере продвижения судна вперёд.
Преимуществом данного метода является более быстрая укладка в морских условиях, чем это может быть достигнуто при использовании обычных трубоукладочных судов. Кроме того, возможно также намотать на барабан одновременно несколько трубопровода и таким образом смонтировать сразу несколько линий меньшего диаметра до того, как судно с барабаном вернётся в порт для повторной загрузки .
При сматывании трубопровода с горизонтально или вертикально расположенного на палубе барабана используют следующую технологию:
· на береговой базе трубы сваривают в трубопровод по традиционной технологии;
· по мере наращивания трубопровод навивают на барабан со скоростью до 1,0 км/ч. Навивка осуществляется через изгибающий механизм, придающий трубопроводу предварительную кривизну. Возникающие при этом напряжении не превышают напряжения в трубопроводе при укладке;
· съёмный барабан с трубопроводом устанавливают на палубе трубоукладочного судна. Если барабан на судне установлен стационарно, то навивка трубопровода осуществляется на судне, пришвартованном у береговой базы, где наращивают трубопровод;
· трубоукладочное судно идёт в район трубоукладки;
· конец трубопровода крепят к стояку (райзеру) платформы или сваривают с концом уже проложенного участка трубопровода;
· трубоукладочное судно перемещается по трассе и укладывает трубопровод.
Сматываясь с барабана, трубопровод проходит через выпрямляющее устройство и по роликовой дорожке спускается через наклонный скат в кормовой оконечности судна в воду.
Растягивающее усилие, необходимое при укладке, создаётся совместной работой судового натяжителя и механизма привода барабана. Иногда на судне устанавливается тормозное устройство, препятствующее самопроизвольному разматыванию трубопровода с барабана.
Укладка с барабана позволяет опускать трубопровод в воду под углом, близким к прямому, что позволяет обходиться без стингеров .
В основное технологическое оборудование трубоукладочных судов барабанного типа входят натяжитель, выпрямляющее устройство и барабан с трубопроводом.
При использовании этого метода часто наблюдается овальность и пластическая деформация труб, что исключает возможность их обетонирования и ограничивает диаметр. Трубы должны иметь достаточную массу, обеспечивающую их погружение и устойчивость на дне. Обычно диаметр укладываемых с судов с барабанов по условию обеспечения необходимой отрицательной плавучести без пригрузов ограничен 400 мм.
Рис. 13. Барабанный метод: 1. Судно. 2. Трубопровод. 3. Барабан. 4. Специальное спусковое устроство.
В настоящее время "барабанный" метод укладки трубопроводов широко используется при монтаже трубопроводов из эластичных материалов. Известно, что трубопроводы, сооружённые из эластичных (гибких) труб, проще, дешевле, надёжнее стальных трубопроводов. Обычно гибкие трубопроводы используются в промысловых трубопроводных системах, поскольку по ним транспортируются коррозионно-агрессивная пластовая продукция, или в качестве райзеров .
Гибкая труба со стальной армировкой - составная конструкция из располагаемых слоями материалов, ограничивающая напорный канал. Такая конструкция трубы допускает большие деформации изгиба без значительного увеличения изгибных напряжений. Ещё одним достоинством подводных трубопроводов из эластичных материалов является то, что он может быть легко демонтирован.
Гибкие трубы усиливают в аксиальном и радиальном направлениях с помощью стальных жил, плоских арматурных элементов, спиралей, а также цилиндрических каркасов.
