Материал: Транспорт углеводородов с морских месторождений

Всё это означает, что трубопровод почти всегда должен быть сильно заглублен в прибрежной зоне - так, чтобы имелся достаточный слой грунта, защищающий его от повреждений и ледовых нагрузок. В этом случае он будет ниже границы вечной мерзлоты, по крайней мере в части подхода к берегу, на берегу и, возможно, в мелководной зоне. Для участка вечной мерзлоты рекомендуется поддерживать температурный режим трубопровода, чтобы температура потока транспортируемого флюида была бы близка к температуре окружающей вечной мерзлоты и не происходили бы такие геокриологические процессы, как морозное пучение, вызываемое резким охлаждением грунтов, или их осадка, вызванная таянием. В большинстве случаев этот участок трубопровода необходимо надёжно теплоизолировать, чтобы избегать гидрато- и парафиноотложения.

В настоящее время существую несколько вариантов пересечения береговой линии.

Один из вариантов пересечения береговой линии - туннельный. Проложить тоннель достаточно глубоко, чтобы трубопровод был полностью защищен от повреждений, несложно, но если берег достаточно крут, выход туннеля необходимо расположить ниже глубины, на которой возможны повреждения. Существуют несколько методов соединения трубопровода в туннеле с трубопроводом на дне: сваркой под высоким давлением или поверхностным присоединением. Основным недостатком этого варианта пересечения береговой линии является его дороговизна.

В качестве примера туннельного способа пересечения берега можно отнести техническое решение на месторождении Тролль в Северном море [3].

Тоннель начинается на глубине 165 м ниже морского дна (на расстоянии 3,6 км от ГПЗ в г. Kollsnes на западном побережье Норвегии) и связан с пятью трубопроводами, уложенными на морском дне, с помощью трёх вертикальных шахт. Общая длина участков тоннеля составляет до 7500 м, поперечное сечение тоннеля на разных участках составляет 110 и 50 м².

Многофазная смесь (газ, конденсат и МЭГ), которые транспортируются от месторождения по трём 36- дюймовым трубопроводам (914,4 мм), через соединительные трубопроводы поступает по внутришахтным трубопроводам одной из шахт в три тоннельных трубопровода и по ним на завод по подготовке газа и конденсата.

По двум тоннельным газопроводам и по внутришахтным трубопроводам двух других шахт подготовленный на заводе природный газ поднимается вертикально вверх и через соединительные трубопроводы поступает в два экспортных газопровода из труб диаметром 40" (1016 мм) и по ним поступает в г. Emden (ГТС Norpipe) и в г. Zeebrugge (ГТС Europipe).

Другой распространённый вариант берегового примыкания трубопровода - наклонное бурение, при котором трубопровод протаскивается через предварительно пробуренную скважину на прибрежном участке, и которое бурно развивается последние десятилетия.

В России в 2000 г. компания КТК завершила сооружение самого большого в мире (на тот период) трубопровода, построенного с использованием технологии наклонно-направленного бурения (ННБ) на водном переходе через Волгу.

Переход через Волгу был осуществлен горизонтально-наклонным бурением (иными словами, наклонно-направленным бурением). После прохода в прорытом проходе (канале) был протащен трубопровод большего диаметра, чем основной диаметр нефтепровода - 1016 мм. Затем внутри прорытого канала была установлена основная труба по технологии "труба в трубе". Прорытый туннель располагается под дном реки на глубине 17-20 м. Общая протяженность подводного участка 1200 м, причем он углубляется с проектной глубины укладки (перед рекой) и выходит на проектную глубину укладки (после реки) на расстояниях порядка 250-300 м от уреза реки.

В настоящее время метод наклонно-направленного бурения широко применяется для трубопроводных участков при пересечении береговой линии и предлагается для строительства в Арктике. Наклонно-направленное бурение может использоваться на расстояниях до 1,5 км для трубопроводов до 48 дюймов в диаметре [2].

Среди преимуществ наклонно-направленного бурения для пересечения арктического берега можно отметить следующие:

·        Этот метод не зависит от времени года, может применяться независимо от ледовой и волновой обстановки. Конструкция сооружается в любое время, оборудование и обученный персонал могут работать все 12 месяцев.

·        Трубопровод располагается значительно ниже морского дна, так что полностью обеспечивается его безопасность от повреждений ледовыми образованиями.

·        Этот метод по существу тот же, что и на южных акваториях, так что южный опыт и оборудование могут быть полностью применимы в арктических условиях и подрядчику нет необходимости изучать новые решения (в отличие от связанных, например, со льдом).

·        Конечный участок трубопровода может быть достаточно удалён от берега. Место бурения выбирается на благоприятных грунтах, далеко от прерывистой или сплошной мерзлоты или болота. На трубопровод не будет воздействовать эрозия берега.

·        Воздействие на окружающую среду минимально. Обломки и бентонитная смесь, используемая при бурении для поддержания скважины (канала), могут быть в случае необходимости собраны и удалены.

·        Воздействие на окружающую среду ограничивается некоторым шумом во время бурения.

·        Опыт наклонно-направленного бурения используют многие компании - подрядчики, что в свою очередь в сфере конкуренции снижаются цены на проведение работ.

Горизонтальный трубопровод может обойтись без теплоизоляции, поскольку минимальная температура окружающего грунта относительно высока, не ниже минус 2°С, за исключением первого (со стороны берега) участка, который может проходить через поверхностную вечную мерзлоту.

Широкое применение метода наклонного бурения для прокладки участков трубопроводов, пересекающих береговую линию, ограничивается тем обстоятельством, что его длина не может превышать 1-2 км для труб большого диаметра [2].

Третий используемый вариант трубного прохождения береговой линии - открытые земляные работы, когда эта секция трубопровода укладывается в предварительно разработанную драглайном или экскаватором землю - траншею. Траншея засыпается гравием или дроблённой скальной породой, насыпь армируется. В результате формируется насыпь щебня с трубопроводом под ним, которая противодействует воздействию волн и льда.

В качестве примера такого метода, можно привести раздел проектного решения по пересечению береговой линии экспортного газопровода Киринского месторождения.

Каждая трубопроводная нитка двухниточного экспортного трубопровода, по которому транспортируется пластовая продукция месторождения, имеет протяжённость 44 км, в том числе подводный участок длиной 29 км.

В этом районе на глубинах моря 10-15 м глубина пропахивания дна может составлять 2,0 м. Для защиты трубопроводов от стамух, могущих привести к повреждению трубопроводов, а также учитывая деформации морского дна вследствие литодинамических процессов, на участках трассы с глубинами моря от 0 до 30 м принимается прокладка морских трубопроводов с заглублением в грунт на величину от 4 м до 1,1 м. Далее - на всём подводной участке величина заглубления в грунт составляет 1,1 м.

.9.5 Монтаж морских трубопроводов

Укладку морских трубопроводов можно осуществлять несколькими методами. Выбор метода для данной глубины воды обычно определяется сочетанием характеристик оборудования, возможностью его приобретения или аренды, условиями окружающей среды, стоимостью и другими факторами [2].

1.      Наиболее распространенными являются следующие методы:

Для участков укладки трубопровода в траншею при пересечении береговой линии:

ü  протаскивание на берег с баржи, стоящей на якорях в море, по предварительно разработанной траншее с использованием береговых лебедок.

ü  монтаж плетей на берегу и протаскивание трубопровода в море по разработанной траншее с использованием лебедок рабочей баржи или буксиров.

ü  монтаж трубопровода на барже и протаскивание на берег с баржи по предварительно разработанной траншее. Тяговое усилие передается от установленной на барже лебедки через канат, проходящий через блок на берегу, и обратно на лебедку баржи.

Последний метод является оптимальным с точки зрения минимализации подготовительных работ и затрат на организацию и эксплуатацию береговых сооружений.

2.      Для укладки трубопровода в глубоководных зонах:

ü  обычный S-метод;

ü  метод укладки при вертикальном положении труб (J-метод);

ü  укладка трубопровода с барабана (G-метод);

ü  буксировка над дном;

ü  протаскивание по дну;

ü  буксировка на заданной глубине;

ü  буксировка на поверхности.

Методы буксировки обычно применяются только при работе с очень короткими трубопроводами.

Для строительства подводных магистральных нефте- и газопроводов, протяженность которых может достигать десятков и сотен километров, в настоящее время применяют технологию наращивания трубопроводав море при использовании специальных трубоукладочных судов (ТУС). При этом все сварочные операции, неразрушаюший контроль и нанесение изоляции на монтажные стыки производятся на борту судна на нескольких рабочих постах одновременно. По мере наращивания трубопровода на одну трубу или секцию судно-трубоукладчик перемещается вперед, а трубопровод сходит на дно путем свободного погружения. Для плавного схода трубопровода с кормы и снижения возникающих напряжений судно оборудуют специальным поддерживающим устройством - стингером. Контроль напряженно- деформированного состояния трубопровода на стингере и свободно провисающем участке между стингером и морским дном осуществляется путем приложения продольного растягивающего усилия на ТУС. Удержание самого судна в стационарном положении осуществляется с помощью системы якорей или динамического позиционирования [2, 6, 9].

Современная технология строительства морских трубопроводов больших диаметров с использованием судов-трубоукладчиков основана на применении двух основных способов проихводства укладочных работ - S методе и J- методе укладки трубопровода. На практике используют сочетание обеих технологий, а именно строят прибрежные участки с помощью судов, реализующих S- метод, а продолжают монтаж в глубь моря J- методом.

Укладки трубопровода в глубоководных зонах можно классифицировать следующим образом:

. протаскивание по дну моря;

. погружение с поверхности моря;

. спуск на морское дно с трубоукладочных судов (ТУС).

Способ укладки протаскиванием по дну

Этот способ широко используется при сооружении трубопроводов в прибрежных зонах.

Кроме того, способ протаскивания используют при сооружении трубопроводов к пунктам беспричального налива танкеров, прибрежным платформам или между двумя нефтедобывающими платформами в море [3].

В настоящее время делаются усилия для разработки технологии протаскивания трубопроводов на большие расстояния со стыковкой под водой в гипербарических камерах. Главной проблемой при этом остаётся проблема обеспечения необходимой точности укладки и стыковки каждой новой прибуксированной плети трубопроводов с уже лежащей на грунте.

Технологический процесс строительства трубопроводов включает в себя изготовление на берегу плетей (длиной 500-2000 м), спуск их на воду и протаскивание по дну с применением мощных лебёдок или буксиров. Спусковая дорожка для транспортировки плетей трубопровода к урезу воды может иметь различную конструкцию (узкоколейная рельсовая дорога с тележками, спусковой путь из отдельных роликоопор, ледовая спусковая дорожка, спусковая дорожка в виде траншеи, заполненной водой и др.). При этом особое внимание обращается на защиту изоляционного покрытия от механических повреждений. Для создания необходимой тяги используют лебёдки, установленные на буксирах или баржах, которые удерживаются на якорях.

К переднему концу плети приваривается оголовок с устройством для крепления троса.

Оголовок имеет коническую форму или сферическую форму, что предотвращает возможность зарывания головного участка секции трубопровода в грунт при протаскивании. От оголовка трос идёт к тяговой лебёдке, установленной на судне.

Для уменьшения силы трения плеть трубопровода оснащают разгружающимися понтонами, которые позволяют значительно понижать отрицательную плавучесть трубопровода [3].

Длина секции (плети), которая может быть уложена единовременно, зависит от её веса и мощности системы перемещения. Вес протаскиваемой плети - главный фактор.

Способ протаскивания плетей трубопровода по дну по сравнению укладкой его с трубоукладочного судна имеет следующие преимущества:

ü  уменьшаются напряжения в трубопроводе;

ü  возрастает глубина укладки;

ü  сокращаются простои из-за погодных условий.

Иногда используется метод протаскивания труб в непосредственной близости от дна моря.

При этом применяются понтоны, оснащённые гирляндами цепей, которые при правильном выборе их длины не позволяют трубопроводу всплыть на поверхность или опуститься на дно.

Трубопроводная плеть находится в нулевой плавучести и может транспортироваться с помощью буксиров небольшой мощности на расстоянии 1-2 м от дна моря.

Этот метод по сути дела совпадает со способом придонной буксировки трубопровода при его прокладке свободным погружением.

Метод протаскивания в ледовых условиях становится приемлемым, если зимний лёд достаточно устойчив, чтобы использоваться как рабочая платформа, роли которой в обычных условиях играет судно.

Рис. 9. 1 - Секция трубопровода; 2 - Роликовые дорожки; 3 - Оголовок; 4 - Судно; 5 - Понтоны.

Способ укладки по дну погружением с поверхности моря

Этот способ широко используется при сооружении трубопроводов в прибрежных зонах.

Порядок производства работ при прокладке трубопроводов предусматривает изготовление на берегу плетей, спуск их на воду, буксировку на плаву к месту укладки и опускания на дно. Осуществление буксировки требует благоприятных гидрологических условий региона и с успехом может применяться на допускаемых по расчёту глубинах моря при волнении 3-4 бала и небольших течениях.

Сварка труб в плети и их изоляция могут быть выполнены по одной из технологических схем, применяемых в полевых условиях. Плети спускают на воду различными способами по узкоколейной дорожке с тележками, роликовым опорам и т.д. В отдельных случаях может оказаться целесообразным устройство траншеи, соединённой с морем [3, 9].

Преимущество способа поверхностной буксировки плетей трубопровода заключается в возможности визуальной проверки правильности расчёта плавучести трубопровода и полноты его оснастки. Если условия на береговом участке не позволяют собирать и опускать плети в траншею, расположенную нормально к урезу воды, то плети можно собирать на лежнях или стеллажах и скатывать в воду по специально устроенной эстакаде или по наклонному стапелю.

Готовые к прокладке плети длиной до 15 км буксируют к месту укладки.

Трубопровод, поверхность которого, как правило, защищена бетонным покрытием для обеспечения отрицательной плавучести, оснащён понтонами для придания ему положительной плавучести. Готовая плеть, отбуксированная к месту укладки тем или иным способом, соединяется с выходящим из воды ранее проложенным концом и опускается на дно. В зависимости от принятой организации работ головной конец присоединяемой плети может находиться либо на судне, либо на поплавке.

Трубопроводы больших диаметров с положительной плавучестью при способе поверхностной буксировки буксируют к месту укладки без понтонов. Плети таких трубопроводов после присоединения к концу ранее проложенной плети погружают на дно путём залива в неё воды. Вода подаётся с берегового конца. На головном конце опускаемой плети монтируют быстросъёмную заглушку с шлангом и трос с буем. Буй фиксирует местоположение конца петли. По шлангу трубопровод продувают сжатым воздухом до момента всплытия его головного конца, и затем его подают для присоединения к очередной прибуксированной плети. Аналогичные мероприятия должны быть предусмотрены на случай прекращения работ [3, 6].