книги / Транспортировка нефти, нефтепродуктов и газа

4

Этап 1.Бурениепионерной скважины. Делится надвечасти: впервой — пио­ нерная скважина бурится на половину прогона, то естьдо середины реки, во второй части — до выхода на поверхность бура на противоположном берегу.

Этап 2. Многократное расширение пионерной скважины

Этап 3. Протаскиваниетрубопровода за расширителем кбуровой установке

Этап 4. Гидравлическое испытание трубопровода в скважине

Рис. 6.25. Технологическая схема строительства перехода трубопровода

через водные преграды способом направленного бурения:

1 — буровая головка с забойным двигателем; 2 —бурильная колонна труб; 3— вторая бурильная колонна труб; 4 — буровая установка; 5 —вертлюг; 6 — расширитель; 7—трубопровод; 8 —цилиндрический расширитель

292

размещения оборудования, мест входа и выхода трубопровода и их координат;

—продольный профиль перехода с указанием проектного положения и отметок трубопровода, углов входа и выхода сква­ жины, прогнозируемой линии деформации русла и берегов, гео­ логического строения русла с привязкой к буровым скважинам, уровней воды;

—пояснительную записку с описанием геологической струк­ туры русла, необходимыми расчетами и описанием технологиче­ ского режима бурения и проходки.

При проектировании перехода необходимо учитывать сле­ дующие условия:

—угол наклона в местах входа и выхода скважины должен быть в пределах 6—20 градусов;

—отметки поверхности земли в местах входа и выхода сква­ жины не должны сильно отличаться и располагаться на сухих участках перехода;

—территория в зоне перехода на обоих берегах должна иметь достаточные размеры для размещения специальной техники, оборудования, для производства буровых работ и монтажа тру­ бопровода;

—проектные отметки верха газопровода в пробуренной скважине должны быть не менее чем на 3м ниже прогнозируемого предельного профиля размыва дна реки или водоема и должны быть достаточными для предотвращения выброса бурового рас­ твора в водоем.

Расчетная прочность трубопровода должна быть выше на­ пряжений, возникающих от продольных усилий и изгиба тру­ бопровода при прокладке, гидростатического давления воды, воздействия грунта и других возможных неблагоприятных на­ грузок.

Направленное бурение скважины целесообразно проводить в грунтах до IV категории (глины, супеси, пески и т. д.).Не рекомен­ дуется производить е бурение скважин на переходахс содержанием

вгрунте выше 20% включений гравия с размерами частиц более 5—10 мм, прослоек гальки или валунов.

Площадь поперечного сечения скважины должна быть больше сечения трубопровода. Поэтому перед протаскиванием трубопровода скважина должна быть расширена. Величина рас­ ширения скважины зависит от грунтовых условий и должна пре­ вышать диаметр трубопровода не менее чем на 25%.

293

6.7.4. Засы пка подводных транш ей

Засыпка подводной траншеи, в которую уложен трубопровод, разрешается только после контрольных промеров, подтверждаю­ щих укладку трубопровода на проектные отметки, и гидравличе­ ского испытания уложенного трубопровода.

Подводные траншеи с уложенным трубопроводом засыпают, как правило, местным грунтом. Засыпку подводных траншей можно выполнять земснарядами или с использованием плаву­ чих транспортных средств привозным грунтом. Способ засыпки траншей выбирается в зависимости:

—от периода года (зимний или летний);

—ширины траншеи;

—глубины и скорости течения воды, объемов работ.

Взимний период допускается засыпка траншей самосвалами со льда.

Втабл. 6.26 приводятся технические характеристики приме­

няемых для засыпки подводных траншей плавучих средств.

Т аб л и ц а 6.26

Плавучие средствадля транспортирования грунта

На рис. 6.26 показан способ засыпки траншеи с плавучей площадки.

Контрольные вопросы для проверки знаний

1. Какие способы укладки трубопроводов применяются пр строительстве водных переходов?

294

f S t

Рис. 6.26. Схема засыпки подводной траншеи с плавучей площадки:

1 — плавкран; 2 — папильонажный трос; 3 — папильонажный якорь; 4 — экскаватор-драглайн; 5—перемещаемый грунт; 6—бульдозер; 7— плавучая площадка; 8 — буксирный катер; 9 — становой якорь; 10— становой трос; 11—засыпаемая траншея; 12—уложенный трубопровод

2.Привести сравнительную технико-экономическую характе­ ристику способов прокладки водных переходов.

3.Порядок производства работ при строительстве перехода способом протаскиваия.

4.Какой состав сооружений применяется при строительстве перехода способом протаскивания?

5.Требования к площадке при строительстве перехода спосо­ бом протаскивания.

6.Порядок производства работ при строительстве перехода способом сплава и погружения.

7.Состав сооружений при строительстве перехода способом сплава и погружения.

8.Порядок строительства перехода с трубоукладочных су­

дов.

9. Требования, предъявляемые к устройству подводных тран­

шей.

10. Способы засыпки подводных траншей.

295

6.8. Строительство переходов через дороги

Прокладка магистральных трубопроводов под автомобиль­ ными и железными дорогами осуществляется в горизонтальных скважинах или тоннелях, которые разрабатываются различными способами: механическим, вибрационным и гидравлическим проколом; продавливанием и вдавливанием; бурением. Способ строительства перехода принимается исходя из конкретных усло­ вий: рельефа местности, уровня грунтовых вод, диаметра труб, длины перехода, из наличия имеющихся технических средств. Ниже приводится краткое описание некоторых способов строи­ тельства переходов под дорогами.

6.8.1. Строительство переходов способом прокола

Прокладка трубопроводов под дорогами способом прокола грунта насыпи применяется при небольших диаметрах труб. При этом способе с помощью мощных домкратов нетронутый массив грунта прокалывают трубой малого диаметра с наконечником. Внедряемая труба вытесняет грунт и уплотняет его в радиальном направлении, образуя скважину. Затем в скважину внедряется обсадная труба — футляр (патрон), через которую прокладывается технологический участок трубопровода.

Прокладка труб проколом может осуществляться в мягких грунтах. Наличие гравия в глинистых или песчаных грунтах не является препятствием для прокола. При наличии же крупных валунов в грунте прокол практически невозможен, так как при встрече с валуном труба отклонится от заданного направления, или упрется в валун и прокол остановится.

Для прокладки труб проколом роется траншея, по дну кото­ рой укладываются направляющие стальные или железобетонные балки (рис.6.27), и на них устанавливается рама 8 с домкратами 2, развивающими усилие до 100 тонн каждый. На упорной стен­ ке 7 устраиваются специальные, обычно деревянные подушки для упора домкратов и восприятия их усилия. В портальной стенке 6 делается отверстие, через которое прокладываемая труба входит в грунт. Насос и двигатель, приводящие в действие домкраты, размещаются вблизи траншеи.

К переднему торцу вдавливаемой трубы приваривается ко­ нический наконечник или кольцевой клиновидный нож. Тру­ ба 4 укладывается горизонтально или с заданным уклоном на отметках прокладки в траншеи и стыкуется с головками дом­ кратов с помощью вспомогательной трубы (шомпола) меньшего

296

Рис. 6.27. Схема прокладки трубопровода способомпрокола:

I — рабочая траншея (котлована); II — насыпь полотна дороги; / —упорная стенка; 2 —домкратная установка; 3 — штанга; 4 — труба; 5 —наконечник; 6 — передняя стенка траншеи с направляющим отверстием; 7— балки; 8 — рама

или большего диаметра, чем вдавливаемая труба, или штанг 3. Под действием домкратов внедряемая труба вытесняет грунт, уплотняет его в радиальном направлении и образует скважину. Рабочий ход домкратов обычно до двух метров. После каждого рабочего хода штанга или шомпол удлиняется вставкой из трубы и процесс продавливайия повторяется.

6.8.2. Строительство переходов способом вибрационного прокола

Данный способ прокола принципиально не отличается от вы­ ше описанного. Разница состоит втом, что к продольному усилию домкратов добавляется вибрирование с созданием направленных продольных колебаний вдавливаемой конструкции трубного про­ кола. При этом способе достигается большая точность прокладки, уменьшается усилие домкратов примерно в 8—10 раз, увеличива­ ется скорость проходки в 6—8 раз.

Передача направленных продольных колебаний может осу­ ществляться двумя способами:

—вибрации подвергается вся конструкция, то есть труба и наглухо присоединенный к ней наконечник;

—вибрация и продольные колебания передаются только на­ конечнику, присоединенному к трубе через систему пружин.

В первом случае вибратор устанавливается на конце трубы,

ився вибрирующая конструкция вдавливается в грунт усилием домкратов или лебедки через тросовую систему.

Во втором случае возможны два варианта: продольные ко­ лебания передаются наконечнику от вибратора, установленного вне трубы, через специальные штанги, проходящие внутри трубы;

297

продольные колебания передаются наконечнику от вибратора, вмонтированного внутри наконечника, а электрический кабель или пневматический шланг (в зависимости от вида привода) про­ ходят внутри трубы.

На основе первого способа передачи трубе направленных вибраций ВНИИГС были разработаны первые установки УВП-1 и УВП-2 для прокладки труб диаметром до 400 мм методом ви­ бропрокола. Техническая характеристика установок приведена в табл. 6.27.

Установка состоит из узлов: рамы с направляющими балками, выполненной из стального металлопроката; вибратора направ­ ленного действия, расположенного на тележке, движущейся по балкам рамы; лебедки, расположенной на раме или вне котло­ вана; тросовой системы с блоками или полиспастами для пере­ дачи усилия лебедки продольному перемещению тележки. Трос закрепляется на переднем конце рамы. Вибратор, соединенный с рамой с помощью системы пружин, приводится в действие элек­ тродвигателем. Конструкция вибратора предусматривает проход через него вдавливаемой трубы и крепление ее к вибратору с по­ мощью зажимных хомутов. Прокладываемую трубу в зависимости от местных условий можно сваривать в плеть на полную длину перехода или его части. Вся конструкция установки размещается в котловане в створе перехода на проектной отметке и закрепляется упорами к задней стенке котлована или анкерами в его дно.

Принцип работы установки: труба укладывается на направ­ ляющие рамы; заводится плеть трубы с наконечником в вибратор

298

и зажимается в вибраторе хомутами; включается вибратор и с помощью лебедки через систему тросов перемещается тележка в продольном направлении в сторону проколадо конца направляю­ щей рамы. Затем труба освобождается от захвата, тележка пере­ мещается в исходное положение и операция повторяется.

При строительстве проколов диаметром до 1000 мм и длиной до 100 метров нашла широкое применение полуавтоматическая установка, разработанная группой конструкторов под руко­ водством К. А. Рабиновича (в группу входили К. А. Рабинович, Г. М. Божко-Степаненко, Н. В. Васильев, И. В. Аверин).

Отличие этой установки от УВП-2 состоит в том, что про­ дольное перемещение трубы осуществляется с помощью домкратной установки, состоящей из двух 170-тонных домкратов с ходом плунжеров (штоков) 110 см, установленных на передней части рамы и упирающихся в переднюю стенку траншеи (котлована). Домкраты связаны общей гидравлической системой с нагнета­ тельными насосами через распределительную коробку с ручным переключателем. Рычагом-переключателем домкраты переключа­ ются на прямой и обратной ход. Тележка с вибратором находится

впостоянном соединении со штоками домкратов. Зажимы трубы

ввибраторе выполняются быстроразъемными — в виде фрикци­ онных муфт или цанг. Труба не имеет наконечника, то есть с от­ крытым концом, поэтому в установке предусмотрено скребковое устройство в виде бесконечного троса для удаления из нее грунта, или применяется гидроразмыв с системой откачки пульпы. Прин­ ципиальная схема установки приведена на рис. 6.28.

7 8

Рис. 6.28. Схема установки для вибрационного прокола больших диаметров:

А — котлован; Б — насыпьдорожного полотна; 1—труба; 2 —скользящий за­ хват; 3 — вибратор; 4 — штокдомкрата; 5 —домкратная установка; 6 —упорная стенка; 7— рама; 8—направляющие швеллера

299

Принцип работы: после зажима трубы включается вибратор и насосы домкратов; под действием усилий, развиваемых домкра­ тами, труба передвигается в продольном направлении на длину хода штоков (110см); насосы домкратов останавливаются, захваты освобождаются, и тележка под действием обратного хода штоков домкратов перемещается в исходное положение; после чего цикл повторяется. Управление домкратной установкой осуществляется переключателем, установленным в распределительной коробке гидросистемы.

Упорная инвентарная стенка, устанавливаемая в котловане, представляет собой отрезки балок, выполненных из стального металлопроката, опирающихся на деревянный брусчатый ряд. В упорной стенке делается отверстие, закрепленное деревянным коробом и служащее для пропуска сваренной плети трубы, рас­ положенной в зависимости от местных условий на поверхности земли или в траншее.

6.8.3. Строительство переходов способом гидравлического прокола

При этом способе трубопровод прокладывается в горизон­ тальной скважине, выполненной в грунте с помощью напорной струи воды. Вода используется как рабочий реагент для раз­ мыва грунта, удаления его и последующего замывания трубы в скважине, то есть для заполнения пространства между трубой и скважиной грунтом. Кроме того, смачивание грунта водой сни­ жает коэффициент трения и уменьшает усилие, необходимое для продвижения трубы в скважине.

Способом гидропрокола можно прокладывать трубопроводы небольшихдиаметров, и когдажесткихтребований ксоблюдению направления проходки не предъявляется, то есть это каналы для прокладки кабелей электропитания, связи, КИП и А и других промышленных коммуникаций.

Основными преимуществами гидропрокола являются не­ сложность применяемого оборудования, сравнительно низкая сто­ имость прокладки и высокая скорость проходки (0,5—1м/мин),

К недостаткам способа можно отнести:

—невозможность прокладки труб большого диаметра тру­ бопроводов и большой протяженности, соответственно только в пределах 50—500 мм и до 20—40 м;

—невозможность обеспечения точности прокладки труб по заданному направлению и отсутствие технических средств для выправления обнаруженного отклонения трубы;

3 0 0

—возможность образования над трубой пустот и по этой причине возникновения осадки вышележащего слоя грунта;

—невозможность применения в грунтах, трудно поддающих­ ся размыву водой (глины) или имеющих сравнительно крупные включения (камни, валуны, строительный мусор).

Эффективность данного способа зависит от вида грунтов и режима подачи воды для их размыва — ее напора и расхода.

Установка для гидропрокола мало отличается от вышеопи­ санного способа прокола трубой с глухой посадкой наконечника. Разница в том, что в конический наконечник вставляется сопло. По трубе под необходимым давлением подается вода, которая, выходя из сопла струей, вымывает в грунте отверстие. Если тру­ бу одновременно в соответствии со скоростью размыва грунта подавать вперед, то в грунте образуется скважина диаметром не­ сколько большим, чем проталкиваемая труба, так как образовав­ шаяся пульпа, вытекая из скважины по затрубному пространству, размывает ее.

Установка гидропрокола состоит из горизонтальной направ­ ляющей рамы, насоса для подачи воды в проталкиваемый трубо­ провод, насосадля откачки пульпы, лебедки с системой тросовдля подачи трубы в скважину. Установка размещается в котловане в створе прохода. Наращивание проталкиваемых труб выполняется на внутренних резьбовых муфтах или электросваркой.

При вдавливании конусообразного тела в грунт под действи­ ем внешних сил происходит его уплотнение за счет уменьше­ ния расстояния между его частицами, и он становится более плотным. Этот процесс используется для устройства горизон­ тальных скважин с уплотненными грунтовыми стенками, в ко­ торые в дальнейшем протаскиваются обсадные трубы (футляры или патроны).

Вслучае, когда грунт насыщен водой, его уплотнение может произойти лишь при выдавливании из него воды. Для этого не­ обходимо создать дополнительное давление в грунте, при этом одновременно с выдавливанием воды происходит уменьшение влажности грунта и увеличение его плотности.

Впрактических расчетах уплотнения грунта в горизонталь­ ных скважинах путем вдавливании конусообразного наконечника (агрегата) в грунт допускается применять аналогию вдавливания вертикальной сваи, с оговоркой некоторой разницы при сопо­ ставлении этих двух явлений.

301