Современная технология строительства морских трубопроводов.

Освоение нефтяных и газовых месторождений, расположенных на шельфе, невозможно без строительства трубопроводов. На современных морских нефтепромыслах одни подводные трубопроводы связывают отдельные морские платформы с центральным накопителем и плавучим причалом, который оборудован для швартовки танкеров, другие соединяют накопители непосредственно с береговым нефтехранилищем.

Технология строительства морских трубопроводов предусматривает следующие этапы: земляные работы, подготовку трубопровода к укладке, его укладку, засыпку и защиту от повреждений.

Необходимость в заглублении морских трубопроводов связана с тем, что в противном случае они могут быть повреждены при перемещении прибрежных льдов, тралами, якорями судов и т.п. При земляных работах используются устройства, разрабатывающие траншею, как с поверхности воды, так и в подводном положении. К первым относятся плавучие земснаряды, гидромониторные установки, грейферные землечерпалки, пневматические и гидравлические грунтососы. Ко вторым - различного рода автономные устройства, работающие под водой. Перед укладкой на трубопровод наносят защитное покрытие и осуществляют его пригрузку против всплытия. Мировой опыт строительства морских трубопроводов показал, что лучшим защитным покрытием для них и одновременно пригрузом является бетонное покрытие.

Укладка морских трубопроводов осуществляется протаскиванием по дну, либо с поверхности моря постепенным наращиванием.

1) Суть способа протаскивания заключается в перемещении с берега под воду по спусковой дорожке подготовленного к укладке трубопровода и протаскивания его по дну усилием, создаваемым специальными техническими средствами. Так как рассчитываемый трубопровод укладывается на значительном расстоянии от берега, то применение этого метода становится невозможным, вследствие превышения предела текучести металла трубы продольными напряжениями. Они возникают от тягового усилия, значительно увеличенного упругим взаимодействием трубы и грунта, явлением присоса и инерционным воздействием.

2) Этот метод подразделяется соответственно на укладку трубопровода а) без использования трубоукладочного судна, б) с использованием продольного натяжения, в) с использованием трубоукладочного судна.

а) Глубина укладки трубопровода с поверхности воды методом свободного погружения невелика, вследствие того, что при погружении трубопровод образует переходную S-образную кривую, в точке перегиба которой образуются значительное напряжение, превышающее в нашем случае предел текучести металла трубы, поэтому этот способ является неприемлемым для нас.

б) Этот метод позволяет укладывать трубопровод на большую глубину, чем предыдущий, благодаря создания в трубопроводе продольного усилия, уменьшающего кривизну погружаемого трубопровода без значительного увеличения суммарного напряжения, поскольку напряжения от продольных усилий в десятки раз меньше напряжений от поперечных. Однако, учитывая глубину укладки рассчитываемого трубопровода, невозможно создать необходимое продольное усилие, поэтому реализация этого способа в нашем случае также невозможна.

в) В свою очередь этот способ подразделяется на:

- укладка с помощью судна, оборудованного барабаном, на который намотан участок трубопровода. Это способ обладает высокой производительностью и позволяет укладывать трубопровод на значительные глубины. Однако, диаметр труб при это способе ограничен 600 мм, что позволяет воспользоваться данным методом, но после укладки сохраняется остаточная спиральность труб, которая затрудняет перекачку нефти и газа.

- укладка, с помощью судов, специально предназначенных для укладки подводных трубопроводов. Они подразделяются на: оборудованные стрингерами, спусковыми рампами и устройствами для вертикального опускания трубопровода. В первом случае укладка может осуществляться на глубину до 610 метров, что не соответствует заданным условиям.

В настоящее время существуют две принципиальные схемы укладки трубопроводов на дно: 1) протаскивание по дну и 2) с поверхности воды.

Суть способа протаскивания заключается в следующем: на берегу моря (или другого водоема) устраивается спусковая дорожка, по которой подготовленный к укладке трубопровод будет перемещаться с берега под воду по подводной траншее. Это может быть либо выровненное дно, либо вырытая траншея.

1. На берегу рядом со спусковой дорожкой подготавливается к укладке трубопровод, общая длина которого должна быть не менее длины подводной траншеи или выровненного дна, если трубопровод укладывается без заглубления.
2. Перед укладкой трубопровод помещается на спусковую дорожку.
3. Производится испытание трубопровода на прочность внутренним давлением.
4. Прокладывается «тяговый» трос строго по курсу движения трубопровода.
5. Трубопровод протаскивается по дну усилием, создаваемым специальными техническими средствами (трактор, лебедка, трубоукладочное судно).
6. Осуществляется обследование уложенного трубопровода с помощью водолазов или телевизионными приборами.
7. Производится закрепление уложенного трубопровода специальными анкерами, различными грузами, засыпкой грунтом или щебнем, защита бетонными плитами или скорлупами. В ка­ждом конкретном случае обосновывается необходимость и достаточность того или иного способа закрепления.
8. Проводится повторное испытание прочности трубопровода внутренним давлением. Рассмотрим далее технологии практической реализации приведенных шагов способа протаскивания подводного трубопровода и основные расчетные обоснования.

Рассмотренный в предыдущей главе способ протаскивания предполагает, что строительство подводного трубопровода осуществляется в подводном положении. Достоинством этого метода является исключение воздействия на трубопровод волн, льда и, самое важное, необходимости искривлять трубопровод больше, чем это обусловлено рельефом дна. Это обеспечивает сохранность как самого трубопровода, так и защитных утяжеляющих покрытий. Однако применение способа протаскивания возможно не во всех случаях, в практике применяется другой способ строительства - укладка трубопроводов с поверхности воды. В ряде случаев этот способ является единственно возможным. Рассмотрим наиболее часто применяемые схемы укладки подводных трубопроводов с поверхности воды, предварительно отметив одно важное условие: в любом случае должна быть обеспечена возможность размещения трубопровода на поверхности воды. Это может быть обеспечено выполнением одного из трех условий:

· а - трубопровод обладает положительной плавучестью;

Для того чтобы трубопровод начал погружаться в воду необходимо в какой-либо его части 2 создать отрицательную плавучесть. Начиная при этом погружаться, трубопровод образует так называемую переходную кривую, т.е. участок между плавающей частью трубы 3 и частью, опустившейся на дно водоема 1. Трубопровод на дне будет иметь отрицательную плавучесть, отрицательную плавучесть будет иметь и часть переходной кривой.

· б - трубопровод обладает отрицательной плавучестью, но с помощью понтонов ему создается положительная плавучесть;

При использовании разгружающих понтонов трубопровод получает положительную плавучесть за счет понтонов, и поэтому его укладка производится отстропкой понтонов или заливом в них воды. Укладка трубопроводов с использованием понтонов может иметь различные схемы и применяется как для погружения газопроводов, так и нефтепродуктопроводов и водоводов.

· в - трубопровод опускается на воду со специальных судов, называемых обычно трубоукладочными баржами.

Укладка трубопровода осуществляется с помощью судна, оборудованного барабаном, на который намотан участок трубопровода. На практике по данной схеме укладывались трубопроводы диаметром до 600 мм.

Трубопровод укладывается с помощью судов, предназначенных специально для укладки подводных трубопроводов. Такие суда в практике морского трубоукладочного строительства называют «трубоукладочное судно» или «трубоукладочная баржа». Такое судно обладает большим числом различных агрегатов, обеспечивающих выполнение всех необходимых операций, связанных с укладкой трубопроводов практически на любую глубину. Технология укладки заключается в наращивании трубопровода с последовательной сваркой секций труб

Одним из основных недостатков укладки свободным погружением является малая допустимая глубина погружения. В зависимости от диаметра трубопровода она может составлять 10-15 м, поскольку переходная кривая образуется при больших глубинах с недопустимо малыми радиусами кривизны трубы. Увеличение глубины укладки подводных трубопроводов по схеме свободного погружения можно достичь не только регулированием положительной и отрицательной плавучести, но и созданием в трубопроводе продольного усилия. Продольные усилия уменьшают кривизну погружаемого трубопровода без значительного увеличения суммарного напряжения, поскольку напряжения от продольных сил в десятки раз меньше напряжений от поперечной нагрузки q и р. Работы по укладке трубопровода с натяжением проводятся в следующем порядке: трубопровод 3 заводят на плаву в створ, закрепляют на одном конце, например, на берегу с помощью анкерных устройств 1, 2, а другой конец закрепляется тросом 4 с лебедки 5, установленной на понтоне или буксире 6, который, в свою очередь, удерживается якорным канатом 7 в заданном положении. С помощью лебедки создают продольное натяжение трубопровода до значения Н, при котором обеспечиваются напряжения в стенке труб, не превышающие контролирующих при тре­буемой глубине укладки, и погружают его заливом воды или отстропкой понтонов.

При укладке подводных трубопроводов, особенно при глубинах, не позволяющих укладывать трубы методом свободного погружения, используют, как правило, длинномерные плети.

Укладка трубопровода из длинномерных плетей включает следующие основные операции: подготовка плетей на береговой базе, спуск плетей на воду, доставка плетей к месту укладки, присоединение доставленных плетей к концу уже уложенного на дно трубопровода, опускание плети на дно. К присоединенной к лежащему на дне трубопроводу с только что подсоединенной плетью, присоединяется следующая плеть и т.д. Можно сказать, что укладка подводного трубопровода производится последовательным наращиванием плетей.