Морская нефть. Трубопроводный транспорт и переработка продукции сква

Гибкие трубы «Кофлексип» состоят из стальных компонентов (спираль­ ная проволока или плетеная стальная лента), обеспечивающих механичес­ кую прочность, и пластичного материала. Панцирь обычно негерметичен и поэтому наружную и внутреннюю герметичность обеспечивает оболочка из термопластического материала, изготовленная методом непрерывного выдавливания. На обоих концах каждой секции гибких труб смонтированы металлические соединения.

Буксировка труб

Рис. 20 иллюстрирует четыре способа буксировки: придонную, на сред­ ней глубине, поверхностную и околоповерхностную [29].

Придонная буксировка очень эффективна в том случае, когда требуется точное позиционирование при окончательном подсоединении трубы к устью подводной скважины или манифольду. Основной недостаток этого способа - необходимость выполнения детального предварительного осмотра и посто­ янного контроля за трассой трубопровода для того, чтобы выбрать наиболее подходящий, с точки зрения избежания риска, маршрут буксировки. Исполь­ зуя этот способ, компания «Don» построила трубопровод диаметром 406 мм в прибрежных водах Габона, а фирма «Elf» опробовала его при укладке вы­ кидной линии длиной 1 км [23].

Способ укладки на средних глубинах, известный также под названием «буксировка с контролируемой глубиной», является разновидностью спосо­ ба придонной буксировки [29]. Этот способ укладки наиболее экономичен при буксировке коротких труб на большие расстояния. При этом требуется минимальный предварительный осмотр трассы, за исключением лишь де­ тальной информации о состоянии дна в месте спуска труб в воду и в точке ее касания с дном. Этим способом уже было отбуксировано несколько секций трубопроводов диаметром 660 мм и протяженностью 3,5 км с последующей укладкой их в водах глубиной 150 м [23].

Способ поверхностной буксировки был первоначально разработан для укладки трубопроводов в гаванях, в спокойных водах на небольшой глуби­ не. Применение поверхностного способа буксировки, как и способа букси­ ровки на средних глубинах, обусловливается длиной линии, поскольку ее предельная длина, ограничивающаяся длиной всплывающей части, зависит от состояния моря и частоты проходящего транспорта [29].

К способу околоповерхностной буксировки предъявляются требования, аналогичные требованиям к поверхностной буксировке в отношении дли­ ны линии и осмотра трассы. В 1975 г. фирма «Е1б>, используя этот способ, успешно осуществила укладку подводного трубопровода длиной 1 км на шельфе Норвегии. Компания «Serra Ferres» выполнила буксировку трубо­

Для позиционирования трубопровода необходим только буксир, ве­ дущий его транспортировку. Программа состоит из двух частей: общей - для определения воздействий на трубопровод и прогнозно-корректирующей - для контроля за динамическим позиционированием.

Моделирование повторяется в заданном временном диапазоне с интерва­ лом 1 с. Для каждого интервала определяется положение трубопровода.

Отклонение точки контакта измеряется каждые 5 мин и рассчитывается соответствующий маневр буксира для последующих 5 мин. Коррекция вы­ полняется путем изменения положения точки контакта с учетом коэффици­ ента избыточности и ограничения скорости поперечной буксировки 3,7 км/ч. Через 5 минут операция коррекции повторяется.

Предложенный метод наиболее выгоден для трубопроводов диаметром 457 мм, однако его экономическая характеристика в значительной степени зависит от точности позиционирования трубопровода. Проведенные расчеты свидетельствуют о возможности позиционирования и погружения секции трубопровода длиной 10 км на очень узкой трассе трубопровода в условиях различных приливо-отливных течений со скоростью 0,7 м/с.

При позиционировании следует иметь в виду следующее: с секцией тру­ бопровода можно обращаться только как с кабелем. Следовательно, секция трубопровода может транспортироваться только ведущим буксиром, при этом необходимо, чтобы поперечные перемещения были минимальными.

При сравнении способа сооружения подводных трубопроводов (при­ донная буксировка с контролем глубины опускания) с традиционным ме­ тодом, предусматривающим использование трубоукладочной баржи, видно следующее преимущество способа: требуется минимум техники и обору­ дования (необходим лишь ведущий буксир с системой контроля и одно или два вспомогательных судна для сбора буев). Способ экономичен, особенно эффективен при подводной укладке изолированных труб, труб с подогревом или пучков трубопроводов.

Рассматриваемый способ придонной буксировки труб с последующей их укладкой на дно применим практически для всех типов трубопроводов, которые ранее сооружались традиционным способом с использованием тру­ боукладочной баржи. Однако, если масса трубы велика, необходимо при­ менение поплавков, укрепленных непосредственно на трубопроводе. Опе­ рация погружения также не представляет особых трудностей и не является лимитирующим фактором для использования способа. При необходимости буи могут быть разгружены в два или более приемов с целью уменьшения внутренних напряжений во время операций. Для изменения положения тру­ бопровода требуется устройство для натяжения, причем в случае укладки стальных трубопроводов без нанесенного сверху антикоррозионного покры-

тия никаких проблем не возникает; а при укладке трубопроводов с эпоксид­ ной изоляцией могут появиться некоторые проблемы. Длина трубопровод­ ных секций непосредственно зависит от операции позиционирования. Если течение более или менее умеренное, то точно позиционировать удается даже очень длинные трубопроводы. Если позволяют условия трассы, то длина трубопроводных секций может быть увеличена.

Совершенствование способа буксировки труб. Буксировку труб как способ укладки стали применять в конце 40-х гг., при этом трубы сваривали

всекции на берегу, а затем протаскивали по суше и по дну. Таким образом укладывали дренажные трубы, а также переходы через реки и бухты.

Всередине 70-х гг., в связи с нехваткой трубоукладочного оборудования

вСеверном море, укладка морских трубопроводов стала очень дорогостоя­ щим мероприятием. Однако сложившаяся ситуация послужила стимулом для разработки новых способов укладки морских трубопроводов, в частнос­ ти способа придонной буксировки труб на большие расстояния, например, 400 км.

Вконце 70-х гг. широкое применение нашли способы укладки трубо­ проводов длиной 5 км на средних глубинах. В это же время закончились экспериментальные работы по испытанию околоповерхностного способа буксировки, при котором к трубе крепится столбовидный буй, обеспечиваю­ щий ее спуск на 15 м ниже поверхности воды.

2.2. Технические средства для прокладки морских трубопроводов

Первые суда для прокладки морских трубопроводов появились в кон­ це 40-х гг. [8]. С небольших барж в мелководных районах трубопроводы диаметром 100...200 мм, собранные на муфтах, погружались на дно без по­ следующего заглубления. Затем появились крупные плоскодонные баржи (90x 1 8 x 6 м) с якорной системой удержания, на которых проводились все необходимые операции, включая сварку отдельных труб в общую плеть, изоляцию и рентгеноскопию стыков, однако возможность работы с этих барж ограничивалась глубиной до 30 м. В начале 60-х гг. на трубоукла­ дочных баржах появились специальные поддерживающие рамы-понтоны для спуска трубопровода с борта — стингера, сначала прямолинейного (в виде гибкой плети с равномерно распределенной плавучестью), затем жесткого криволинейного (в виде рамы, прикрепленной к корме судна) ти­ пов. Стингер, а особенно натяжное устройство для труб, появившееся позд­ нее, позволили разрешить проблему увеличения глубины. К концу 60-х гг. габаритные размеры трубоукладочных барж увеличились до 120x30x9м . Они имели мощную 10... 12-точечную якорную систему, позволявшую укла­ дывать трубопроводы на глубинах до 150 м. Освоение нефтяных и газовых

месторождений Северного моря и других районов шельфа с суровыми ги­ дрометеорологическими условиями в начале 70-х гг. привело к необходимо­ сти коренного улучшения мореходных качеств трубоукладочных судов для обеспечения их устойчивой работы. Появились суда второго поколения - мощные, плоскодонные баржи длиной 195 м (в том числе катамаранного типа), суда-трубоукладчики водоизмещением 25000т и, наконец, суда-тру- боукладчики полупогружного типа, что позволило увеличить время работы при суровых погодных условиях и проводить работы по укладке трубо­ проводов на глубине моря до 180 м. Третье поколение судов, появившихся

в70-х гг. (например, мощная полупогружная установка «Viking Piper» водо­ измещением 50000т, трубоукладочное самоходное судно ЕТРМ-1600 водо­ измещением 60000 т), позволяло прокладывать трубопроводы практически

влюбом районе мира при глубинах до 360 м. На этих судах применен ряд технических усовершенствований (сборка на двух параллельных стапелях труб длиной по 24 м, использование дополнительно к якорной системе ди­ намической стабилизации с помощью движителей, автоматическая сварка, управление процессом укладки с помощью ЭВМ).

Обычно для удержания трубоукладочных судов в заданном месте и пе­ ремещения их вдоль трассы прокладываемого трубопровода (при жестких ограничениях перемещений под действием ветра, волнений и течений) слу­ жит мощная якорная система. Суда оборудуют 8... 12 якорями по 10...20т, которые крепятся на канатах диаметром 50.. .60 мм, используемых в качестве якорь-цепи. Натяжение якорных тросов производится лебедками с усилием

Ю00...1500кН и тормозным усилием до ЗОООкН. Эти лебедки имеют ди­ зельный или электрический привод, зубчатую передачу, скорость намотки каната 0,5 м/с. Управление лебедками осуществляется дистанционно из цен­ трального контрольного помещения [8].

Трубоукладочное судно движется за счет одновременной работы носо­ вых и кормовых якорных лебедок. Обычно это движение прерывистое (12 м)

исоответствует длине одной приваренной трубы. Операция занимает 30.. .60 с

иповторяется через каждые 10... 15 мин. Перемещение якорей вдоль трассы осуществляют два-три буксирных судна. При этом натяжение якорной линии уменьшается до минимального, буксир с помощью буйрепа, присоединен­ ного на дне к якорю, а на поверхности к плавающему бую, подрывает якорь

иперемещает его вперед вдоль трассы трубопровода. Затем якорные тросы вновь натягиваются, и перемещение судна продолжается. Таким образом, при перекладке якорей лишь половина из них удерживает судно от переме­ щений. Из-за сложности ручного управления якорной системой при переста­ новке якорей, особенно при воздействии ветра и волн, впоследствии стали применять автоматическое управление с использованием ЭВМ. Нередко

применяют якорные канаты с тяжелыми цепями на дне и легкими синтети­ ческими канатами наверху, что уменьшает смещение судна. Появились якоря новых типов, способные без риска их подрыва выдерживать определенные вертикальные нагрузки. Для уменьшения перемещения судна под действием внешних нагрузок можно применять автоматически регулируемые лебедки, которые травят или навивают канат при нежелательных смещениях судна.

При работе в слабых и скальных грунтах может возникнуть проблема обеспечения сцепления якоря с грунтом, которая в прибрежных районах для скальных грунтов решается путем бурения отверстия под якорь.

Помимо якорной системы удержания в последнее время начали приме­ нять динамическую систему позиционирования. Для этого трубоукладочное судно оборудуют системой движителей, позволяющих быстро менять их направление и силу упора при изменении внешней нагрузки. Такими движи­ телями могут быть обычные винты, имеющие горизонтальную ось, которая поворачивается на специальной рулевой колонке, или вертикально-осевые (крыльчатые) движители, обладающие высокой маневренностью. Энергию движители получают от судовой электростанции. Управление движителями осуществляется с помощью ЭВМ, а контроль за отклонением от трассы - с помощью гидроакустической системы с длинной базисной линией, гиро­ компаса и авторулевого. Следует заметать, что тяга движителя может до­ стигать 140... 180 Н на 1 кВт мощности. Это потребует, например, для удер­ жания баржи размером 150x30 м мощности 8... 12 тыс. кВт. Динамическая система позволяет отказаться от громоздкой якорной системы и необходи­ мости использования буксирных судов для перестановки якорей, повысить надежность маневрирования судна, осуществлять укладку трубопровода на большей глубине [8].

Можно использовать комбинированную систему удержания, при которой на судне одновременно устанавливают и якоря и движители, снимающие пи­ ковые нагрузки на якорные канаты и уравновешивающие поперечные силы, действующие на судно.

Для сохранения правильного движения судна-трубоукладчика вдоль трассы трубопровода необходимо точно определить его местоположение

вморе. Это осуществляется с помощью радиогеодезических систем, дей­ ствие которых основывается на измерении разницы расстояния от двух или трех источников радиосигналов. На берегу или на постоянных платформах

вморе с известными географическими координатами располагают две-три излучающие станции с высокочастотным или низкочастотным излучением. Приемник, установленный на судне, регистрирует сигнал и определяет ко­ ординаты судна в море.

Точность всех радиогеодезических систем с удалением от места уста­ новки излучающей станции снижается, поэтому часто применяется совре­

менная система привязки объектов при помощи искусственных спутников Земли, не требующих установки береговых станций и работающих в любом удалении от берега с относительно высокой точностью [8].

Для определения отклонения судна-трубоукладчика от трассы могут быть использованы гидроакустические системы с короткой и длинной базисными линиями. Работа гидролокатора основана на определении расстояния в сети акустических передатчиков и приемников с известной геометрией, напри­ мер с треугольной базой. Для системы с короткой базисной линией эта сеть располагается под судном, и положение судна по отношению к сигнальному передатчику, расположенному на морском дне, определяется путем измере­ ния расстояния или выявления направления. На дне моря располагают один акустический буй с независимым питанием, а на дне судна - три-четыре приемных гидрофона. Точность данной системы 1.. .2 % от глубины воды [8].

В системах длинной базисной линии используют координационную сеть из трех и более импульсных буев, расположенных вдоль трассы трубопро­ вода (лучше по обеим сторонам этой трассы) на определенном расстоянии. Стандартная частота импульсов 10... 100 Гц, высокие частоты дают большую точность, но меньший диапазон. Импульсные приемо-передатчики обычно работают от батарей со сроком службы 3 ...6 мес.

Дополнительными средствами для определения местоположения судна могут служить судовая навигационная система с компасом, эхолот, визуаль­ ная обсервация по береговым (или на платформе) объектам.

ОАО «ЦКБ „Лазурит"» разработан комплекс плавучих технических средств для заглубления морских трубопроводов и дноуглубительных работ на шельфе (рис. 31). Комплекс выполняет следующие работы:

•разработку грунта до VI категории включительно (Sedeuaaоколо 500 кПа, Sсжатияоколо 2500 кПа), в том числе с включением вечной мерзлоты, на глубинах моря до 30 м;

•разработку траншей глубиной до 5 м и шириной по дну до 10... 12 м при точности прокладки трассы относительно заданной географическими координатами оси 2.. .3 м и глубине грунтоизвлечения 30 м;

•зачистку траншей перед укладкой подводных трубопроводов;

•углубление и расширение фарватеров для обеспечения подхода плав­ средств к берегу;

•намывку дамб в составе береговых защитных сооружений;

•загрузку грунтоотвозных судов с обоих бортов судна-земснаряда со дна моря грунтом при производительности 3000 м3 /ч по грунту III категории;

•транспортировку извлеченного грунта на расстояние до 2000 м по пла­ вучему грунтопроводу и береговому грунтопроводу с высотой подъ­ ема 15 м для намыва искусственных островов или засыпки уложенного в траншею подводного трубопровода.