Морская нефть. Трубопроводный транспорт и переработка продукции сква

Рисунок 20 — Четыре разновидности способа буксировки трубопровода:

I — придонная буксировка; II — укладка трубопровода на средней глубине; III — поверхностная укладка; IV — околоповерхностная укладка; 1 — сопровождающее судно; 2 — буксир; 3 — на­ правляющие салазки, 4 — трубопровод; 5 — судно поддержки; 6 — инспектирующее судно;

7 — задние салазки; 8 — понтоны; 9 — столбовидные буи

Технология укладки труб на морское дно

Существуют два основных способа укладки труб на морское дно - с по­ верхности и с помощью буксировки. Термин «поверхность» подразумевает способы, при которых линия монтируется на плавающем судне-трубоуклад- чике, а затем, по мере продвижения судна, постепенно опускается и укла­ дывается на морское дно. При буксировке, наоборот, длинная труба или же секция трубопровода уже в готовом виде доставляется с береговой базы до места укладки под водой.

Укладка труб на морское дно с поверхности. Очевиден тот факт, что в водах большой глубины (при любом типе используемого судна-трубо- укладчика) время опускания трубы на морское дно находится в прямой за­ висимости от ее длины: чем длиннее укладываемая труба, тем больше время, необходимое на ее укладку. Для глубины воды 1500 м время спуска может достигать 24 ч в зависимости от используемой техники и скорости укладки, присущей данному способу.

Впервые укладка труб на морское дно с помощью традиционного трубо­ укладчика была применена в США в середине 50-х гг. при строительстве морских трубопроводов в Мексиканском заливе и до 70-х гг. считалась основ­ ным способом, используемым при укладке трубопроводов. В этот период появились трубоукладочные судна третьего поколения, которые отличались от традиционных трубоукладчиков конфигурацией корпуса, устойчивостью, стингерами, системами поставки на якорь и методами сборки труб. В целом, производительность трубоукладочных барж третьего поколения на 40% выше, чем традиционных трубоукладчиков; кроме того, при использовании трубоукладочных судов третьего поколения глубина укладки удваивается.

Входе дальнейших разработок появились высокопроизводительные тру­ боукладочные баржи с системами динамического позиционирования, кото­ рые обеспечили возможность использования новых методов доставки трубы

кместу укладки на морском дне и эффективность трубоукладочных работ.

Внастоящее время применяют технологию укладки труб на морское дно по J-образной кривой, используя при этом как традиционные трубоукладоч­ ные баржи, так и суда с наклонной рампой на корме.

На ранней стадии развития способов укладки подводных трубопроводов существовала еще одна концепция - вертикальная укладка труб с использо­ ванием полупогружного бурового судна. Этот способ аналогичен способу укладки труб под водой по J-образной кривой; отличие состоит в том, что труба изгибается на вертикальном башмаке, установленном в донной части полупогружного судна, в процессе спуска под воду и перемещения.

Рассмотрим характерные особенности некоторых способов прокладки морских трубопроводов.

Прокладка с наклонной рампы судна-трубоукладчика (рис. 21) [14]. Участок трубопровода, находящийся между точкой касания дна и стингером, принимает форму S-образной кривой, поэтому данный способ монтажа под­ водных трубопроводов получил название S-метода.

Рисунок 21 — Укладка подводного трубопровода на дно моря S -методом: 1 — трубоукладочное судно; 2 — стингер; 3 — трубопровод

Современные трубоукладочные суда, работающие по S-методу, способны укладывать трубопроводы диаметром до 1420 мм на глубину до 300 м, а диа­ метром 810мм - на глубину до 700м со скоростью 3...5 км/сут. При этом с увеличением диаметра или глубины воды требуются все более мощные системы натяжения и крупногабаритные стингеры. На практике максималь­ ное растягивающее усилие составляет около 3000 кН. В свою очередь, уве­ личение радиуса кривизны и общей длины стингера осложняет управление и делает его уязвимым к воздействию волн и течений.

Опыт укладки морского трубопровода диаметром 114 мм протяженнос­ тью 1 км на глубинах моря 100 м этим способом с применением резьбовых соединений труб накоплен фирмой ЕТРМ (Франция) в Бискайском заливе [8]. Этой фирмой было использовано буровое судно «Astragal».

Прокладка морских трубопроводов с бурового судна (рис. 22) [14]. Для строительства глубоководных трубопроводов большого диаметра все более широкое применение находит так называемый J-метод, который так же, как и S-метод, получил свое название по форме изогнутого участка наращива­ емого трубопровода.

Основное отличие данного метода заключается в вертикальном рас­ положении верхнего конца трубопровода, благодаря чему отпадает необ­ ходимость в применении стингера. Управление процессом строительства ведется в основном за счет регулировки усилия натяжения на судне, а угол наклона вышки, как правило, небольшой. Наибольшее отклонение вышки от

На рис. 24 показана другая конструкция баржи для вертикальной уклад­ ки подводного трубопровода. Особенностью данной конструкции трубо­ укладочной баржи является использование погружного понтона 2, который обеспечивает достаточную устойчивость баржи даже при значительных волнениях моря и силе ветра.

б

Рисунок 24 — Трубоукладочная баржа для вертикальной укладки трубопровода с погружным понтоном:

1 — трубопровод; 2 — погружной понтон: 3 — суппорт; 4,12 — лебедки; 5 — фиксатор; 6,9,11 — вышки; 7 — трос; 8 — тележка; 10 — рельсы; 13 — буксир

Все остальное монтажно-сварочное оборудование аналогично оборудо­ ванию баржи, показанной на рис. 23. Баржей такой конструкции в проливе Саут-Пасс (США) компания «Shell Pipeline» проложила трубопровод диа­ метром 200 мм на большой глубине.

Если S-метод имеет ограничение по глубине сверху, то применение J-ме- тода, наоборот, лимитировано минимальной глубиной [14]. Поэтому на прак­ тике приходится применять сочетание обеих технологий, а именно строить прибрежные участки с помощью судов, реализующих S-метод, а продолжать монтаж вглубь моря J-методом. Сравнение потенциальных возможностей обеих технологий показано на рис. 25.

Оптимальная глубина Я различных технологий строительства зависит от наружного диаметра D трубопровода и угла наклона морского дна.

Прокладка плетей трубопровода притягиванием ко дну осущест­ вляется при проведении работ по соединению двух подводных скважин

тягивать плеть трубопровода (одновременно с обеих сторон) ко дну моря.

Когда плеть трубопровода достигает глубины, достаточной для стабили­ зации кривой провеса, первый комплект тросов отсоединяют от буксиров и крепят к паре мощных понтонов. Окончательное притягивание трубопро­ вода ко дну производят вторым комплектом тросов, проходящих через бло­ ки анкерных оснований. Этими же тросами заводят концы трубопровода в соединительные устройства анкерных оснований. По завершении монтажа концов трубопровода к анкерным основаниям плеть трубопровода полнос­ тью опускают на дно, отсоединяя от нее понтоны.

Прокладка способом свободного погружения широко используется при сооружении трубопроводов в прибрежных зонах (глубина до 30 м).

Сущность способа укладки свободным погружением заключается в сле­ дующем. На берегу заготавливают плети трубопровода, которые опрессовывают, балластируют и оснащают понтонами для сохранения плавучести во время буксировки к месту укладки. Затем плети спускают на воду раз­ личными способами: по роликовым опорам, узкоколейной дорожке с тележ­ ками и др. В отдельных случаях разрабатывают траншеи, соединенные с морем, в которые скатывают заготовленные плети, приобретшие плаву­ честь за счет понтонов. Если рельеф берегового участка не позволяет соби­ рать и опускать плети в траншею, их собирают на лежнях и скатывают в воду по наклонному стапелю. Затем готовые плети длиною до 2 км буксируют к месту укладки, соединяют на плаву и опускают на грунт при небольшой отрицательной плавучести. При этом головной конец плети оставляют на

поверхности воды или судне для присоединения к нему следующей плети. Погружение трубопровода осуществляют путем залива в трубу воды со сто­ роны берега. При этом понтоны погружаются вместе с трубами на дно. Затем их отсоединяют путем полуавтоматической отстроповки или с помощью водолазов. В отдельных случаях трубы заполняют смесью воды и «легкого» материала (пенополистирола и др.) или жидкостью с меньшей плотностью (например, лигроином) для снижения напряжений в трубопроводе. Иногда для погружения трубопровода производят последовательную (обычно ав­ томатическую) отстроповку понтонов или залив воды в понтоны, которые сообщаются друг с другом через шланг.

На рис. 26 показана плеть, оснащенная понтонами, головным и хвосто­ вым упряжными устройствами, гибкими шлангами для залива плети водой (в случае непогоды) и выпуска воздуха из труб во время залива, а на рис. 27 - одно из механических устройств для полуавтоматической отстроповки пон­ тонов [8].

Рисунок 26 — Оснастка плети трубопровода диаметром 1020 мм и длиной 500 м:

1 — головное упряжное устройство; 2 — понтон разгружающий; 3 — трубопровод; 4 — канат для отсоединения понтонов; 5 — буй; 6 — воздушный рукав для нагнетания воздуха в трубопровод; 7 — хвостовое упряжное устройство; 8 — изоляция; 9 — бетонное покрытие; I, II — бункерный

трос соответственно к носовому и кормовому буксирам

При проектировании пяти ниток морского перехода длиной 67 км через Байдарацкую губу газопровода п-ов Ямал-Центр сечением 1020x20 мм был разработан вариант укладки плетей трубопровода способом свободного погру­ жения. Для этого на береговом участке была предусмотрена монтажно-свароч­ ная площадка для сборки и сварки плетей трубопровода из обетонированных труб длиной до 500 м. Сборка плетей из двухтрубных секций (по 24 м каж­ дая), предварительно сваренных в заготовительном отделении, проводилась сразу на четырех дорожках с роликоопорами. Сварка неповоротных стыков на дорожке осуществлялась с помощью автоматической сварки на четырех

Еще один способ, также пользующийся большой популярностью во мно­ гих регионах мира при укладке выкидных линий и труб небольшого диамет­ ра, предусматривает использование трубоукладочной баржи со специаль­ ным барабанам, на который наматываются трубы. Этот способ был впервые применен во время Второй мировой войны при строительстве трубопровода между Великобританией и Францией для обеспечения горючим союзников на континенте. Сборка труб осуществляется на береговых базах, затем их наматывают на большой барабан, размещенный на судне, транспортируют на рабочую площадку и сматывают с барабана в процессе укладки на мор­ ское дно, при этом образуются значительные изгибы трубопровода в точке спуска с баржи.

Предложен способ укладки трубопровода на дно с барабана, непосред­ ственно опускаемого на дно [45]. С помощью водолазов или специально­ го оборудования конец трубопровода, находящегося на барабане, крепится в начальной точке трассы. При помощи троса, закрепленного на передви­ гающейся надводной барже, барабан с намотанным на него трубопроводом перемещается по дну. Трубопровод разматывается, выпрямляется и уклады­ вается на грунт. На трассе устанавливается несколько поплавков. По мере сматывания трубопровода с барабана вес конструкции уменьшается, и для сохранения уровня ее положения последовательно удаляются поплавки: Бо­ лее целесообразной может быть установка барабана на салазки, скользящие по донному грунту при движении баржи. Предложенный способ позволяет производить укладку трубопровода на глубине от 30 до 1525 м.

Для транспортирования нефти и газа с подводных промыслов к берего­ вым приемным пунктам обычно прокладывают стальные трубопроводы [49]. Но такие трубопроводы дороги и ненадежны в эксплуатации, а также под­ вержены различным разрушительным воздействиям (волны, сдвиг грунта, приливы, коррозия). В США предложена конструкция трубопровода из элас­ тичного материала, которая проще, дешевле, надежнее стальных трубопро­ водов. Подводный трубопровод из эластичного материала, кроме того, может быть легко демонтирован и приспособлен к переменным грузопотокам.

Английской компанией «Guntler, Herbert, Со. Inc.» предложен метод уклад­ ки подводных эластичных трубопроводов, наматываемых предварительно на берегу на большие барабаны. Барабаны устанавливают затем на плавучей барже [44]. При движении баржи трубопровод сматывается с барабана и опу­ скается в воду. В отличие от методов укладки металлических трубопроводов с баржи, при котором выпрямление трубопровода, сматываемого с барабана, осуществляется только за счет давления воды на трубопровод в процессе опускания его на дно, в предлагаемом методе предусмотрена установка на барже валков, через которые проходит эластичный трубопровод. Кроме