Морская нефть. Трубопроводный транспорт и переработка продукции сква

ких испытаниях, освобождении полости его от воды, вводе в эксплуатацию

и самой эксплуатации.

Рисунок 16 — Устранение трех больших свободных пролетов различными методами:

1 — отношение номинального изгибающего напряжения к предельному; 2 — при сохранении больших пролетов; 3 — вспомогательные опоры; 4 — утяжелители; 5 — работа трубопровода

Дальнейшее уменьшение удельной нагрузки на вспомогательные опо­ ры можно получить путем установки дополнительных опор, не предусмот­ ренных в проекте. При этом желательно сохранить упругую конфигурацию трубопровода с целью предотвращения повреждения его в результате тем­ пературного расширения при перекачке горячих жидкостей.

М оделирование п роц есса ввода в эксплуатацию уложенного трубопро­ вода позволяет прогнозировать участки, где температурное удлинение превыша­ ет допустимые пределы. В этих случаях на трубопровод навешиваются допол­ нительные пригрузы-утяжелители в до­ статочном числе и определенной массы, ограничивающие прогиб трубопровода (рис. 17).

Обследование состояния уложенного трубопровода с помощью малогабарит­ ных подводных лодок в сочетании с ре­ зультатами предварительного теорети­ ческого анализа позволяет непрерывно корректировать процесс укладки. Дан­ ные обрабатываются на ЭВМ. Характер

инспекционных работ предварительно

г г

программируется по отдельным участ­

кам в зависимости от требуемого уровня их точности, что снижает необхо­ димое число малогабаритных подводных лодок для проведения инспекции. Инспекционные и ремонтные работы на глубоководных трубопроводах яв­ ляются дорогостоящими, и поэтому целесообразно проводить их с помощью дистанционно управляемого оборудования.

L4.4. Проблемы проектирования трубопроводов с устройствами

для запуска и приема скребков

В [35] рассмотрены основные аспекты проектирования трубопроводных систем с учетом необходимости очистки полости трубопроводов от загряз­ нений с помощью скребков. Основное внимание уделено проблемам по­ лучения необходимой для проектировщиков информации, последующему ее применению.

При проектировании трубопроводных систем главное внимание уделяют обоснованию строительства, распределению информации и составлению основных правил по эксплуатации трубопровода и очистке его полости с помощью скребков.

Обоснование строительства. Информационный поток координирует­ ся проектной группой, которая получает и от которой исходит следующая информация:

•особенности строительства трубопровода или системы;

•характеристики перекачиваемого продукта;

•металлургические характеристики стали труб в связи с необходимостью защиты их от коррозии;

•требования местных организаций по экологической защите полосы от­ вода вдоль трассы трубопровода;

•требования к инспекции строительства и эксплуатации.

На основании имеющейся информации проектная группа рассматри­ вает схемные решения по монтажу в трубопроводной системе устройств по запуску и приему скребков и разделителей с учетом требуемой частоты очистки, спецификаций на очистку полости трубопровода, мероприятий по предотвращению коррозии и т.д. Определяются также общие затраты, связанные с монтажом и эксплуатацией устройств для приема и запуска скребков. На стадии обоснования может быть выполнена детальная оценка возможностей реализации проекта.

Распределение информации. Проектная группа распределяет имеющую­ ся информацию по различным отделам, которые детализируют ее по целево­ му назначению. В массив информации входят данные проектной экспертизы по технологии очистки полости трубопроводов при помощи скребков, схемы обвязки устройств для запуска и приема скребков, изометрические изобра­

жения этих устройств, характеристики материалов, из которых изготовлены задвижки, тройники, фланцы и т. д. Исходная информация поступает от по­ ставщиков, специалистов по проведению инспекции, экспедиторов, фирмподрядчиков и т.д. Ответственность за весь проект строительства должна быть возложена на одного руководителя.

Руководство по эксплуатации. Такое руководство является документом, обеспечивающим эксплуатационника информацией о граничных условиях работы устройств по запуску и приему скребков. В этом руководстве должны учитываться такие факторы, как наличие документации, информация по­ ставщиков, инструкции по эксплуатации трубопроводного оборудования, за­ пуску и приему скребков, обработке вытесненного из полости трубопровода шлама, методам регистрации операций по очистке полости трубопроводов, способам выявления неполадок при проведении этих операций.

Главный вопрос при оценке проекта трубопроводной системы - сущест­ вует ли какая-либо универсальная схема, обеспечивающая возможность очистки полости трубопроводов с помощью скребков? Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть все аспекты такого рода очистки, типы при­ меняемого оборудования в зависимости от характеристик самого трубопро­ вода и ассортимента перекачиваемых продуктов.

Назначение скребков или других перемещаемых по трубопроводу устройств заключается в удалении конденсата, очистке стенок от загрязне­ ний, контроле коррозионного состояния как в процессе приемки трубопрово­ да в эксплуатацию, так и в ходе самой эксплуатации. Кроме того, с помощью шаровых разделителей производят перекрытие-отсечение отдельных секций трубопровода при необходимости ремонта.

По трубопроводам обычно транспортируют природный газ (с включе­ ниями Н20 , H2S, солей и т.д.), нефть, нагнетаемую в пласты воду, нефте­ продукты.

Типы трубопроводов. По расположению и назначению трубопроводы можно разделить:

на сухопутные:

•промысловые - небольшие по протяженности и диаметру, многониточ­ ные;

•магистральные - протяженные, главным образом большого диаметра;

морские:

•промысловые - к платформам, между платформами, к манифольдным камерам и т.д.;

•магистральные - от платформы к платформе, от платформы к берегу.

Различие между промысловыми и магистральными трубопроводами прежде всего заключается в продолжительности их эксплуатации. Магист­

ральные трубопроводы обычно проектируются на эксплуатацию в течение минимум 30 лет, а промысловые - порядка 10 лет. По магистральным тру­ бопроводам чаще транспортируют добытую продукцию, уже подвергшую­ ся обработке. Промысловые линии могут образовывать локализованную трубопроводную систему, которая может быть оснащена устройствами для запуска и приема скребков.

Морские трубопроводы в некоторых случаях оснащают устройствами для последовательного запуска нескольких шаров-разделителей, чтобы свес­ ти к минимуму необходимость обслуживания их специальными вспомога­ тельными судами.

Современные конструкции запускаемых в трубопроводы аппаратов для оценки состояния их внутренней поверхности отличаются меньшей длиной, чем прежние конструкции; таким образом, фактор разницы в длине между аппаратами такого типа и обычными очистными скребками уже не имеет столь большого значения.

Сооружение подводных устройств для запуска и приема скребков обхо­ дится не столь дорого, однако эксплуатационные расходы достаточно вели­ ки. По этой причине особый интерес вызывают конструкции устройств, «за­ ряжаемых» несколькими скребками для разделителей, а также конструкции отклонителей направления движения скребков.

Через газопроводы небольшого диаметра весьма трудно прогонять скребки по сравнению с трубопроводами большого диаметра различного назначения. По этой причине уже на стадии проектирования трубопроводов небольшого диаметра необходимо предусмотреть меры по облегчению про­ цесса пропуска через них скребков.

На всех магистральных трубопроводах должна быть предусмотрена возможность пропуска скребков и других аппаратов в обоих направлениях (как для очистки, так и для инспекции). При проектировании промысло­ вых трубопроводов также должна учитываться возможность двухсторонней очистки и инспекции. Если промысловые трубопроводы образуют часть раз­ ветвленной трубопроводной системы, следует использовать передвижные устройства для запуска и приема скребков.

При проектировании морских трубопроводов, требующих для осущест­ вления нормального процесса пропуска нескольких последовательных ша­ ровых скребков или разделителей, необходимо предусмотреть такую воз­ можность.

Трубопроводное оборудование. С точки зрения общих затрат, расходы на оснащение трубопровода устройствами для запуска и приема скребков довольно значительны. Однако и на самой магистрали устанавливаются за­ движки и другое трубопроводное оборудование, требующее особого внима­ ния как при проектировании, так и при строительстве.

Трубопроводная арматура может быть с запорными элементами двух ти­ пов - сферическими и цилиндрическими. Сферическую запорную арматуру часто используют на трубопроводах, через которые предполагается пропус­ кать скребки или разделители.

Отклонители перемещения скребков должны специально предусма­ триваться при проектировании подводных выкидных линий и сборных трубопроводов. При их применении в ряде случаев снижаются эксплу­ атационные расходы, связанные с необходимостью приема скребка и по­ вторного ввода его в трубопровод другого направления, хотя компания ВР давно занимается разработкой таких отклонителей применительно

кусловиям норвежского сектора Северного моря, успех пока незначителен.

Внастоящее время чаще всего используются индикаторы прохода скреб­ ков механического типа. Надежность таких индикаторов оставляет желать лучшего, хотя обычно их отказы связаны с недостаточной профилактикой.

Индикаторы прохода скребков должны быть двунаправленными и отли­ чаться легкостью извлечения и замены под давлением. Они также должны быть оснащены микропереключателями для обеспечения дистанционной подачи сигнала о нахождении скребка. Схемы с микропереключателем часто предусматривают автоматический возврат индикатора в прежнее положение, механические же индикаторы требуют ручного возврата.

Втрубопроводных системах с пропуском скребков для трубопроводов диаметром 150 мм минимальный радиус изгиба должен быть равен 20 диа­ метрам, 150 и 200 мм - 10 диаметрам и 250 и более мм - 5 диаметрам.

Кроме минимального радиуса изгиба трубопровода должен учитываться такой фактор, как шероховатость внутренних стенок труб, которая должна быть ограничена значением 5 %. Особенно необходимо учитывать внутрен­ ний диаметр трубопровода на участке изгиба, так как эти участки обычно образуют горячим способом из толстостенных труб.

Между изгибами должны быть прямые участки, длина которых равна как минимум трем диаметрам трубопровода. Это особенно касается колен 30 и 45°, между которыми должны быть прямые участки минимум 1,8 м для трубо­ проводов диаметром до 600 мм, и 3 диаметра, если он превышает 600 мм.

Задвижки должна выбираться таким образом, чтобы через них могли про­ ходить скребки. Должно обеспечиваться 100%-е открытие задвижки; кроме того, необходимо предотвратить какие-либо боковые (байпасные) перетоки перекачиваемой среды. По запросу поставщик должен обеспечивать необ­ ходимые чертежи. В случае необходимости задвижки должны поддаваться осушке (вакуумной либо гликолевой).

Внутренний диаметр трубопровода. Этот параметр по всей длине трубопровода должен поддерживаться постоянным. Трещина стенки тру­

бопровода определяет внутренний диаметр всей трубопроводной арматуры (задвижек, изгибов, фланцев, угольников и т. д.).

Толщина стенки трубопровода изменяется на переходах через дороги и реки, чтобы обеспечить дополнительную прочность линии. Аналогич­ ным образом усиливаются райзеры, обеспечивающие подачу добываемой продукции к и от платформ к трубопроводам, уложенным на морское дно. Максимальное отклонение внутреннего диаметра от номинального приве­ дено в табл. 3.

Таблица 3 - М аксимальное отклонение внутреннего диаметра от номинального

Всякие изменения внутреннего диаметра трубопровода должны быть че­ рез переходную катушку с минимальным уклоном 1:5. Особую озабочен­ ность должны вызывать участки перед концами газопроводов, где по тем или иным причинам возникает необходимость изменения диаметра.

Устройства для запуска и приема скребков. Такие устройства можно разделить на постоянные и временные на суше, постоянные палубные и под­ водные на море.

Постоянные устройства для запуска и приема скребков, устанавливаемые на суше, значительно отличаются от устройств аналогичного назначения на палубах платформ; это отличие связано в основном с ограничениями пло­ щади на палубе. Аналогичным образом резко отличаются по конструкции устройства для запуска и приема скребков под водой, так как они долж­ ны управляться дистанционно и в более неблагоприятных погодных усло­ виях.

Если по трубопроводу перекачиваются токсичные продукты (например, включающие H2S), необходимо учитывать это обстоятельство, например, предусмотреть возможность промывки трубопроводов, из которых смонти­ рованы устройства для запуска и приема скребков. Обвязка таких устройств должна быть аналогична как для газопроводов, так и трубопроводов для жидкостей.

Наряду с точками отбора проб и фильтрами, устройства для запуска

иприема скребков - единственные трубопроводные компоненты, открывае­ мые при нормальных операциях. По этой причине необходимо при проекти­ ровании принять меры для защиты персонала. Схемы устройств для запуска

иприема скребков должны быть такими, чтобы они ясно демонстрировали функции задвижек и обводных линий. Целесообразно стандартизировать такие схемы, показать в цвете функции обвязочных трубопроводов и за­ движек.

Передвижные устройства для запуска и приема скребков могут быть ис­ пользованы на трубопроводах диаметром 356 мм и менее. Целесообразность использования таких устройств определяется соотношением капитальных

иэксплуатационных затрат для каждого конкретного случая. Капитальные затраты могут быть велики, когда в трубопроводной системе используется большое число устройств, а частота очистных работ невелика. До настоя­ щего времени не накоплен большой опыт использования передвижных устройств.

Вследствие ограничений рабочей площади на платформах, монтируемые на них устройства для запуска и приема скребков конструктивно отличаются от устройств аналогичного назначения, монтируемых на суше. Соединитель­ ные элементы выполняются в вертикальной плоскости с целью экономии пространства.

Вертикальное размещение ловушек для приема скребков не рекоменду­ ется; вертикальные устройства для запуска скребков применяются в огра­ ниченном числе случаев и только для трубопроводов небольшого диаметра. Ловушки для последовательного приема нескольких скребков подряд рас­ считываются также и на прием нескольких дефектоскопов.

Глава 2

СООРУЖЕНИЕ МОРСКИХ ТРУБОПРОВОДОВ

2.1. Методы и способы прокладки морских трубопроводов

При строительстве морских трубопроводов применяют различные спо­ собы их прокладки, зависящие от ряда факторов, определяющих организа­ цию строительного процесса (наличие технических средств, конструкция

иназначение трубопровода, гидрометеорологические и геологические усло­ вия района строительства, топография морского дна, период проведения ра­ бот, условия судоходства и т.д.). В последние 15...20 лет в отечественной

изарубежной практике начали применяться принципиально новые способы прокладки трубопроводов в морских условиях (рис. 18) [8].

На рис. 19 и 20 [29] представлены все имеющиеся в наличии к началу XX века способы укладки трубопроводов на морском дне с помощью раз­ личных трубоукладочных барж, трубоукладчиков с барабаном, на который наматываются трубы, а также буксиров.

Трубоукладочная техника подразделяется на традиционную, третьего по­ коления, с системой динамического позиционирования, осуществляющую укладку по J-образной кривой, вертикальную укладку и методом сматывания труб с барабана (рис. 19). При буксировке применяются следующие спосо­ бы: придонная, на средней глубине воды, поверхностная и околоповерхностная буксировка (рис. 20).

Каждый способ укладки труб на морском дне имеет свои, присущие толь­ ко ему, характеристики, преимущества, недостатки и может быть применен на различных строительных площадках в разных условиях.

Cl

о

Рисунок 19 — Шесть способов укладки трубопроводов на морское дно с поверхности:

1 — с помощью традиционных трубоукладочных барж; 2 — с помощью барж третьего поколе­ ния; 3 — с помощью трубоукладочных барж с системами динамического позиционирования;

4 — с помощью трубоукладочных барж, осуществляющих укладку труб по J -образной кривой; 5 — вертикальная укладка; б — с помощью судна с барабаном на борту