книги / Сооружение подводных трубопроводов

стояние от места производства работ и сброса до створа, в котором содержание взвешенных частиц не будет превышать естественный фон на 0,25-0,75 мг/л в зависимости от катего­ рии рыбохозяйственного значения водоема);

при производстве взрывных работ в водоеме или вблизи бе­ реговой зоны представляются материалы изысканий, подтверж­ дающие наличие скальных пород и невозможность замены дан­ ного способа разработки другим; объем взрывных работ; об­ щий вес взрывчатого вещества; тип ВВ; число взрывов; вес заряда; глубину заложения зарядов и расстояние между ни­ ми, а также ситуационный план с указанием мест зарядов ВВ;

расчет по определению радиуса опасной для рыб зоны гидро­ ударной волны; при производстве взрывных работ на берегу указываются расстояния от уреза воды, категория грунтов, рельеф местности и длина затухания сейсмических колебаний;

оценка ущерба рыбным запасам (в натуральном и стоимостном выражениях), причиняемого производством работ в руслах рек и на заливных поймах.

Одним из эффективных направлений повышения экологичности подводных переходов является применение конструкций трубо­ проводов типа ’’труба в трубе”.

Конструкция ’’труба в трубе” с заполнением межтрубного пространства азотом, разработанная ВНИИСТом и Гидроречтрансом была использована на строительстве переходов аммиакопровода Тольятти-Одесса через реки Волгу, Дон и Южный Буг. Контроль утечки транспортируемого продукта, а также поступ­ ление воды в межтрубную полость, осуществляется специальны­ ми датчиками.

ВГАНГ им. И.М. Губкина была предложена конструкция ’’труба в трубе” с заполнением межтрубного пространства це­ ментно-песчаным раствором. Принципиальным отличием этой конструкции является использование несущей способности на­ ружной трубы за счет перераспределения нагрузки от внутрен­ него давления в рабочем трубопроводе через твердый цементно­ песчаный заполнитель.

Взарубежной шэактике в последнее время конструктивные схемы ’’труба в труте” находят также широкое применение. Так,

вКитае проложен двухтрубный переход нефтепровода через р.Неньянг. Рабочий трубопровод диаметром 720 мм с толщиной

стенки 9 мм уложен внутри трубопровода диаметром 830 мм с толщиной стенки 16 мм.

На территории Австрии на одном из участков трассы нефте­

ний по защите окружающей среды участок нефтепровода длиной 1,8 км заключен в защитный кожух. Диаметр нефтепровода ра­

73.СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ МЕТОДОМ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Традиционные траншейные способы строительства имеют ряд. недостатков, среди которых: длительные сроки строительства; необходимость выполнения больших объемов дорогостоящих подводных земляных работ; нарушение естественного состояния русла и берегов водоемов; трудоемкость проведения ремонтных работ действующих ' трубопроводов. Этих недостатков лишены новые прогрессивные конструктивные решения и технология прокладки подводных трубопроводов методом направленного бу­ рения.

В США за период, начиная с 1971 г., когда впервые был применен здесь метод наклонно-направленного бурения при сооружении подводного трубопровода, построено свыше 150 речных переходов трубопроводов общей протяженностью более 80 км. Наибольшая длина пробуренной под дном реки скважины равна 1800 м, а наибольший диаметр уложенного таким, спосо­ бом трубопровода длиной 535 м составляет 1000 мм.

Новый способ строительства переходов направленным буре­ нием, имеет две технологические схемы:

1.Бурение пионерной скважины с последующим ее рас­ ширением и укладыванием рабочего трубопровода.

2.Бурение скважины данного диаметра с одновременным

укладыванием трубопровода.

При использовании первой технологической схемы бурится пионерная скважина диаметром от 40 до 90 мм, которая служит в дальнейшем в качестве направляющей при разбуривании. Буре­ ние по заданному криволинейному профилю осуществляется за­ бойным инструментом, включающим буровое долото и турбобур, приводимый во вращение водой, буровым раствором или воз­ духом под давлением. В зависимости от типа грунтов, в ко­ торых делается скважина, применяются различные типы буровых долот: шарошечные или лопастные с твердосплавными режущими кромками. Управление буровым органом и направление его по проектному профилю (траектории) осуществляется изменением усилия, прикладываемого к буровой штанге, количества буро­ вого раствора, проходящего через буровой орган, а также от­ клонением бурового органа.

На стартовой установке, представляющей собой наклонную раму с опорами, располагается имеющая возможность переме­ щения каретка, на которой находятся: дизельный двигатель, насосы, приборы подземной ориентации бурового органа, каби­ на оператора.

Разбуривание пионерной скважины возможно как в прямом, так и в обратном направлении. При обратном разбуривании пос­ ле проходки пионерной скважины бур заменяется расширителем диаметром до 1000 мм, который перемещается в направлении, противоположном направлению бурения. При расширении пионер­

ной скважины в нее помещается разбуривающий трубопровод, ко­ торый в дальнейшем может служить рабочим трубопроводом или кожухом. Расширение можно осуществлять двумя способами:

вращением расширителя с помощью турбобура; вращением трубопровода с прикрепленным к нему расши­

рителем.

Вторая технологическая схема используется для строи­ тельства подводных переходов из труб большого диаметра. Аг­ регат направленного бурения скважины с одновременным укладываением трубопровода представляет собой наклонную раму, на которую укладывается очередная секция прокладываемого тру­ бопровода. Сваренные секции прокладываемого трубопровода с комплектом технологических трубопроводов внутри стыкуются с уже внедренным в грунт трубопроводом. Бурение скважины осуществляется вращением буровой короцки специального за­ бойного механизма, приваренного к первой секции проклады­ ваемого трубопровода и способного отклоняться на некоторый угол относительно оси трубопровода, обеспечивая тем самым управление перемещением по проектному профилю. Подача буро­ вого раствора и откачивание пульпы производятся по техноло­ гическим трубопроводам, проложенным внутри колонны. Про­ дольное перемещение трубопровода осуществляется с помощью установленного на раме механизма подачи, создающего усилия в тысячи кН.

Первый трубопровод длиной 180 м и диаметром 100 мм был уложен в предварительно пробуренную скважину под дном реКи

вштате Калифорния.

ВСША разработан широко применяющийся способ наклонно­ направленного бурения, позволяющий прокладывать через вод­ ные преграды переходы трубопроводов диаметром до 1000 м и длиной до 1500 м. При использовании этого способа вначале бурят направляющую скважину диаметром 75-100 мм, имеющую угол входа 12 . Затем скважина становится горизонтальной,

проходя примерно в 10 м ниже дна реки, а в дальнейшем под­ ни м аем вверх и выходит на противоположный берег под уг­ лом 8 . Здесь подготавливается к протаскиванию сваренная и изолированная секция трубопровода.

Последующий этап представляет расширение направляющей строительной скважины до диаметра, превышающего диаметр прокладываемого трубопровода. Применительно к переходам больших диаметров расширение скважины считается отдельной операцией, а для трубопроводов меньших диаметров эту часть технологического процесса выполняют совместно с протаски­ ванием укладываемого рабочего трубопровода.

Для протаскивания трубопровода используется та же буровая установка, посредством которой прокладывается направляющий

ствол.

С помощью подобного метода наклонно-направленного буре­ ния в последние годы в различных странах сооружен целый ряд подводных переходов газонефтепроводов.

В штате Алабама (США) при строительстве газопровода ди­ аметром 254 мм наибольшие трудности возникли при пересече­ нии р.Алабама, ширина которой на участке перехода составляет 210 м, глубина 12 м, а высота обоих берегов достигает 6- 9 м. Из-за бурного течения реки производство земляных работ по устройству подводной траншеи считалось нежелательным, поэтому было принято решение о прокладке перехода способом горизонтального бурения (рис. 7.1).

Проходка пионерного направляющего ствола скважины под дном реки потребовала применения специальных бурильных труб и долот с алмазной коронкой. Контроль направления движения бурильных труб и управлением всем технологическим процессом осуществлялось с помощью ЭВМ. В ходе бурения направляю­ щее долото диаметром 100 мм перемещалось с одного берега на другой на расстояние около 300 м. Наибольшая глубина тоннеля ниже дна реки составляет без малого 6 м.

Для разработки пионерного ствола буровое долото приво­ дилось в движение находящимся в самой скважине гидравли­ ческим двигателем, смонтированным на конце неподвижной бу­ ровой колонны

Встроенный гидродвигатель крепится к искривленной трубе и переходнику.

Вслед за наращиванием очередной бурильной трубы осущест­ влялся контроль местоположения бурильной головки с помощью специального аппарата, включающего кинокамеру для получения стоп-кадров.

После выхода направляющей бурильной трубы на противо­ положный берег к ней присоединялась вращающаяся расшири­ тельная режущая фреза диаметром 305 мм, которая с помощью шарнирного соединения прикреплялась к предварительно сварен­ ной в единую нитку секции рабочего трубопровода диаметром

рабочего трубопровода под дном реки свободное кольцевое про­ странство между наружной поверхностью трубопровода и стен­ кой скважины заполнили цементным раствором, а концы трубо­ провода закрыли герметическими заглушками. Затем произвели гидравлическое испытание трубопровода в соответствии с ус­ тановленными требованиями.

Весь технологический процесс по строительству перехода длился в течение двух недель, к тому же работы велись толь­ ко в дневное время.

Для сравнения можно отметить, что на сооружение подвод­ ного перехода по традиционной траншейной схеме прокладки потребовалось бы около 10 недель при круглосуточном графике производства работ. Стоимость земляных работ по заглублению трубопровода в траншею дна реки превысила бы в 3 раза рас­ ходы на выполнение буровых работ.

В процессе строительства переходов с помощью наклонно­ направленного бурения дно и берег р.Алабама не подвергались никаким неблагоприятным внешним воздействиям.

При проектировании системы трубопроводов в Колумбии от промыслов в районе г.Аякучо до порта Карибского моря Кавеньяс в качестве рациональной схемы прокладки перехода че­ рез р.Магдалена был выбран метод наклонного бурения. Приня­ тое решение было связано с особенностями руслового процесса реки, характеризующегося резкими сезонными колебаниями низ­ ких и высоких уровней воды с заполнением обширных земель.

На основании тщательного исследования речного дна проект­ ное положение подводного трубопровода диаметром 600 мм и длиной около 670 м было принято на глубине 35 м, что со­ ставляет более Ю м ниже самой глубокой точки русла. Бурение рабочей скважины осуществлялось в глинистых грунтах. Место начала бурения выбрано с отступлением от береговой линии на 100 м.

После успешной разработки направляющего ствола строители попытались совместить операцию расширения скважины с одно­ временным протаскиванием трубопровода. Однако из-за обру­ шения грунта секция трубопровода заклинилась. Поэтому про­ таскиваемая плеть была разрезана и извлечена наружу. В дальнейшем после расширения скважины до необходимого диа­ метра трубопровод был установлен в проектное положение. Все работы по строительству перехода были завершены на 14 дней.

Особенно широкое использование получили методы направ­ ленного бурения при строительстве переходов через судоходные реки, так как проведение таких строительно-монтажных работ совершенно не препятствует судоходству. В Венесуэле при про­ кладке подводного перехода диаметром 560 мм с толщиной стенки 25,4 мм через главную водную артерию страны р.Ориноко был выбран метод направленной проходки ствола. Сначала была

разрабатывалась под углом 12°. Для выбора рациональной трас­ сы проходки пробурено 12 разведочных скважин с целью взятия проб грунта, которые показали, что донные почвы в основном сложены из уплотненного песка со следами ила и глины.

В результате было составлено три варианта профиля пере­ хода. Направление движения бура контролировалось автома­ тически с помощью импульсных сигналов, передаваемых через грунт к приемному устройству. Приемное устройство находилось на пункте управления, ще сигналы обрабатывались с при­ менением ЭВМ и проводилась автоматическая корректировка таких параметров, как угол наклона и усилия при бурении.

Исследуемая буровая установка включает комплекс обору­ дования, главными элементами которого являются буровой ста­ нок, гидравлический агрегат и кабина оператора, смонтиро­ ванные на раме длиной 24 м, шириной 7,5 м. Необходимая для бурового станка энергия подается тремя дизельными генерато­ рами мощностью по 200 кВт.

Из вспомогательного оборудования особое значение отво­ дится системе подачи бурового раствора, представляющего смесь бентонитной глины и воды. Буровой раствор используется

560 мм через р.Ориноко заключался в разработке направляющей скважины небольшого диаметра. Использовавшаяся при этом буровая головка приводилась в движение гидравлическим дви­ гателем, укрепленным на невращающейся колонне бурильных труб, смонтированной из облегченных труб, соединяемых с по­ мощью резьбы. Последующие технологические этапы обеспечивали расширение скважины сначала до диаметра 400 мм, а затем до 915 мм. В готовую рабочую скважину методом протаскивания был уложен трубопровод.

Минимальное расстояние от уложенного трубопровода до речного дна составляет 10 м. Рабочее положение трубопровода абсолютно исключает возможность влияния русловых деформаций на работоспособность перехода.

Весь строительный цикл по сооружению речного перехода, начиная от бурения пионерной скважины и кончая Протаскива­ нием трубопровода, длился 42 календарных дня.

Интенсивное строительство подводных переходов наблюда­ лось в 1985 г. в Бангладеш, ще в течение 13 недель были пробурены скважины суммарной протяженностью околР 5 км для пяти речных переходов диаметром 400 и 500 мм. Один из проек­ тов предусматривал сооружение перехода диаметром 400 мм и длиной 1420 м через. р.Мегена. Вначале бурилась направляющая скважина малого сечения, которая затем была расширена до 750 мм. Протаскивание трубопровода выполнялось методом по­ следовательного наращивания четырех секций по 360 М каждая. Перед протаскиванием все поперечные монтажные сварйые стыки

просвечивались рентгеновскими лучами и покрывались эпоксид­ ной смолой. Переход испытывался при давлении 10 МПа.

В Дании впервые метод наклонного бурения был опробован в 1986 г. при пересечении системы проливов Лим-Фьорда, соеди­ няющего Северное море и пролив Каттегат. Подводные переходы

Ширина озеровидных проливов в местах сооружения трех под­ водных переходов вблизи населенных пунктов Ольборг, Саллйнгсунн и Вальпсунн составляет соответственно 1025, 1300 и 920 м.

Первоначально предполагалась прокладка переходов по ши­ роко применяемой в Дании традиционной схеме протаскивания трубопровода в заранее подготовленную донную траншею. Одна­ ко вследствие ряда специфических особенностей условий строительства окончательный выбор был сделан в пользу метода* направленного бурения. Для подводного перехода в районе важ­ нейшего морского порта Ольборга специфика условий заключа­ лась в интенсивном судоходстве, а также в том, что здесь регулярно проводятся дноуглубительные работы. Кроме этого, из-за напряженного судоходства резко возрастает вероятность повреждения якорями судов подводного газопровода, уложенного в донной траншее.

Как обычно, перед развертыванием основных технологических операций были проведены всесторонние изыскательские иссле­ дования в районе строительства. Для составления геологиче­ ского разреза пород, слагающих дно пролива в месте сооруже­ ния перехода у Ольборга, было пробурено девять разведочных скважин максимальной глубиной 25 м.

В процессе сооружения подводного перехода диаметром 340 мм возникли осложнения во время расширения пионерной скважины. Буровой инструмент защемило грунтом и после без­ успешных попыток освободить головную часть пришлось обор­ вать буровую колонну и повторно разработать около 300 м скважины.

При строительстве перехода диаметром 300 мм в районе Саллингсунна также не обошлось без затруднений. Окончательный вариант рабочей скважины удалось разработать только с треть­ ей попытки. После первой пришлось оставить незавершенными около 700 м разработанной скважины вследствие существенного отклонения буровой колонны от проектного профиля. Во втором случае строители были вынуждены прекратить бурение скважины после проходки почти 1000 м. Тем не менее, как показала практика сооружения подводных трубопроводов через ЛимФьорд, метод направленного бурения оказался вполне прием­ лемым в условиях Дании с учетом благоприятных геологических структур. Он может найти широкое применение для строитель­ ства переходов трубопроводов через фьорды, проливы и другие водные преграды.

В Голландии построен переход трубопровода длиной 860 м для питьевой воды через канал методом горизонтального буре­ ния. Скважина для трубопровода проходит на глубине 18 м в трехметровом слое глины. Буровой метод прокладки позволил сократить протяженность водовода на 5 км в районе строи­ тельства с высокой плотностью сети подземных действующих коммуникаций.

После двухнедельного бурения направляющей скважины ее диаметр сначала расширили до 660 мм, а затем до 1066 мм. При протаскивании водовода диаметром 814 мм с толщиной стенки 17 мм и слоем наружной цементной изоляции 13 мм ис­ пользовали опорные катки, размещенные под плетью через каж­ дые 15 м. На дальнем конце протаскиваемой нитки трубопровода была установлена лебедка с тяговым усилием 800 кН для соз­ дания усилия противодействия. Линейное тяговое усилие обес­ печивалось применением лебедки, рассчитанной на 2500 кН. В процессе реального протаскивания максимальное фактическое усилие составило 750 кН.

В Великобритании построен трубопровод диаметром 250 мм из Олтона (Гэмпшир) к Перфлигу (Эссекс) для последовательной перекачки различных видов нефтепродуктов. Трасса трубо­ провода пересекает р.Темзу. Сравнительные технико-экономи­ ческие расчеты различных способов прокладки перехода пока­ зали, что при строительстве методом направленного бурения вместо традиционной траншейной схемы укладки достигается экономия ресурсов примерно на 40%. Учитывая также, что обычные методы строительства перехода связаны с помехами судоходству, решено было использовать метод направленного горизонтального бурения с последующим протаскиванием транс­ портного трубопровода через пробуренную скважину.

Для изучения характера отложений под речным дном было пробурено семь вертикальных скважин глубиной 20-32 м. Определение профиля дна выполнялось с помощью гидрографи­

и конечная точки проходки ствола выбраны были на некотором расстоянии от берегов. Поэтому общая протяженность перехода значительно превысила ширину реки и составила около 1,5 км. Разработанная технология включала бурение направляющей скважины диаметром 73 мм, обратное разбуривание до диаметра 450 мм и протаскивание через скважину, предварительно опрессованных и покрытых противокоррозионной изоляцией, по­ следовательно соединяемых секций рабочего трубопровода диа­ метром 250 мм. Бурение скважины было выполнено за 35 дней.

В Китае при сооружении трубопроводного перехода через р.Янг сначала под дном реки методом продавливания был про­ ложен стальной кожух длиной 582 м с внутренним диаметром 2600 мм и толщиной стенки 24 мм, в котором затем были уло-

жены нефтепровод и водопровод. Продавливание выполнялось из рабочей шахты диаметром 16 м, заранее сооруженной на берегу реки. На противоположном берегу устроена была приемная шах­ та диаметром 8 м. Глубина расположения оси продавливаемого кожуха составляла 16 м. Минимальное расстояние от дна реки в средней ее части равно 8 м.

Стальные трубы длиной по 4,5 м сваривались попарно с по­ мощью автоматической сварочной установки, и затем сваренные секции опускались в шахту, где производилась ручная сварка плетей по мере продавливания кожуха с помощью 6 гидравличе­ ских домкратов, каждый из которых создавал усилие в З'Ю 4 Н. Для уменьшения трения между продавливаемым кожухом и грунтом нагнетался раствор бентонитовой глины.

Известны примеры прокладки многониточных речных перехо­ дов, выполненных методом направленного бурения.

В штате Луизиана (США) при пересечении нефтеподуктопроводной системой р.Миссисипи три нитки трубопроводов диамет­ ром 200 мм каждая были уложены в одной предварительно про­ буренной скважине. Также в США с помощью наклонно-на­ правленного бурения осуществлена одновременная прокладка 5 трубопроводов диаметром от 150 до 400 мм и длиной 850 м. В Нидерландах этим способом сооружен многониточный подводный переход длиной 450 м с совместной укладкой трех трубопро­ водов соответственно диаметром 75, 200 и 500 мм.

С каждым годом метод направленного бурения находит все более широкое и успешное применение при сооружении подвод­ ных речных переходов. Между тем, подобный метод весьма эф­ фективен и при прокладке прибрежных участков морских трубо­ проводов, о чем свидетельствуют первые удачные попытки прак­ тической реализации этой технологической строительной схемы. Рассмотрим опыт сооружения прибрежного участка нефтепровода диаметром 154 мм, соединяющего месторождение нидерландского сектора Северного моря с нефтеперерабатывающим заводом, на­ ходящимся в Роттердаме.

Принятый, наиболее экономичный технологический вариант строительства прибрежного участка нефтепровода протяжен­ ностью 2300 м при глубине моря 8 м предполагал прокладку 800-метровой секции методом направленного бурения и заглуб­ ление в морское дно остальных 1500 м.

Работы по сооружению прибрежного участка начались с буре­ ние плавно искривленной направляющей скважины с углом входа

кривленный ствол скважины опускается до отметки 12 м ниже

щей скважины осуществлялось с помощью установки, которая погружала буровые штанги в грунт. Внутри колонны буровых