Технология укладки трубопроводов по S-образной кривой

МИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра «Сооружение и ремонт газонефтепроводов

 и газонефтехранилищ»

 

 

 

 

 

Реферат

на тему: «Технология укладки трубопроводов по S-образной кривой»

по дисциплине

Морские нефтегазовые сооружения

 

 

 

 

 

 

 

   Выполнил студент гр. БСТ-11-02             _____________   Гарифуллин Э.А.

 

   Проверил доцент, к.т.н.                           _____________   Хасанов Р.Р.       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уфа-2014

 

Содержание.

Введение…………………..……………………………………………………….....3

Конструкция трубопровода………………………………………………………...5

Плюсы и минусы плавучести................………………………………………….....6

Прокладка трубопровода………………………………………............................7

Прокладка трубопровода по S-образной кривой................................................8

Заключение.............................................................................................................12

Список использованной литературы……………………………………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

«Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» предусмотрено ускоренное развитие трубопроводного транспорта. В них указано на необходимость повышения надежности трубопровод ных систем и внедрения технологии круглогодичного строительства трубопроводов в районах со сложными природно-климатическими условиями. В таких районах осуществляется сооружение морских трубопроводов.

Поиск, разведка и добыча нефти и газ а на шельфе Мирового океана приняли в настоящее время широкий размах. Поисковые геолого-геофизические исследования проводятся у берегов почти всех стран.

Если в начальный период освоения морских нефтегазоносных месторождений на Каспийском море подводные трубопроводы имели диаметр не более 150 мм, трубы соединялись муфтами и укладывались с небольших плоскодонных спаренных барж (киржимов), то в последние годы для сооружения трубопроводов используется трубоукладочная баржа «Сулейман Везиров», способная укладывать трубопроводы диаметром до 800 мм на глубину до 200 м. С применением этой баржи в 1979 г. построен переход магистрального газопровода через Куйбышевское водохранилище: на глубинах до 42 м проложены четыре нитки трубопровода (диаметр 720 мм, протяженность каждой из них 5,5 км).

В последние годы широкий размах приняло строительство трубопроводов в Северном море при весьма суровых природноклиматических условиях: глубина укладки трубопроводов— 180 м, диаметр труб—914 мм, темп трубоукладочных работ—2—3 км/сут.

Возросла продолжительность рабочего сезона у трубоукладочных судов. Это произошло, благодаря применению трубоукладочных барж нового типа, более мощных обслуживающих судов, модернизации трубозаглубительных установок, совершенствованию конструкции трубопровода, применению труб из специальных сталей с высоким пределом текучести и низким содержанием углерода, усилению контроля за качеством нанесения защитных и утяжеляющих покрытий, широкому использованию автоматической сварки и внутритрубных аппаратов для контроля сварных швов, изготовлению двухтрубных секций непосредственно на баржах, применению различных способов подводного соединения секций трубопроводов, использованию специальных подводных средств для обследования трубопроводов, их ремонта и т. д.

Мировой опыт проектирования и строительства морских трубопроводов наглядно показал, что столь сложные инженерные сооружения могут быть успешно созданы только при всестороннем изучении условий строительства и проведения фундаментальных исследовательских работ. Такие исследования по широкой программе в течение ряда лет проводились в Гипроморнефтегазе и ВНИИСТе.

Значительный вклад в развитие морского трубопроводного строительства внесли советские ученые и специалисты, в первую очередь профессора С. А. Оруджев, И. П. Кулиев, Д. Д. Лаппо, кандидаты технических наук И. А. Искендеров, С. И. Левин, инженеры Н. М. Гусейнов, Р. А. Рустамов и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструкция трубопровода

          Чем дальше от устья скважины соединяются потоки, тем больше диаметр используемой трубы. Естественно, трубопроводы проектируются в расчете на ожидаемое давление и скорость потока. Диаметр соединителей может составлять всего 4 дюйма (10 см), однако обычно он варьирует от 6 до 12 дюймов (15—30 см). На глубоководье чаще всего используют трубы диаметром от 12 до 30 дюймов (30—70 см). Для того чтобы выдерживать необходимое давление, толщина стенок самой трубы должна быть 0,5—1,75 дюйма (1,2—4,5 см).

          Температура водной толщи океана составляет 30—35°F (от –1 до 1,5°С). В случае обычной стальной трубы вода быстро отберет тепло у нефти или газа, и при таком холодном окружении в газопроводе начнется образование гидратов, а в нефтепроводе будут конденсироваться твердые парафины, которые могут засорить линию. Закупорка трубопровода представляет собой настоящее бедствие для бригады нефтяников, которая находится выше 1500—10 000 фут. (500—3000 м). Чтобы избежать этого, большую часть трубопроводов покрывают

изолирующими материалами, сохраняющими тепло (кроме того, для предотвращения закупорки трубопровода в скважину можно подавать специальные присадки).

          Отгрузочные нефте- и газопроводы обычно не изолируют. При подготовке газа на платформе происходит его осушка, при этом пары воды, которые являются причиной образования гидратов, удаляют. Стенки нефтепроводов необходимо периодически очищать от отложений твердого парафина.

         В качестве альтернативы внешней изоляции применяют еще схему «труба-в-трубе». В этом случае трубу диаметром 12 дюймов (30 см) заключают в трубу большего диаметра, например, 18 дюймов (45 см). Кольцевое пространство между трубами заполняют высококачественным изолирующим материалом — получается что-то вроде термоса. При обычной внешней изоляции нарушение ее целостности в процессе монтажа открывает холодные участки, что может привести к закупорке трубы.

         Технология «труба-в-трубе» позволяет избежать данной опасности. Несмотря на то, что львиную долю обычных и промысловых трубопроводов изготовляют из стали, возможно использование и гибких труб из спирально закрученной металлической проволоки, вплетенной в слои термопласта. Каждый слой выполняет свою функцию (см. рис. 1). Гибкие трубопроводы превосходно гнутся и часто применяются там, где стальная труба оказывается слишком жесткой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плюсы и минусы плавучести

          При прокладке трубопровода вес трубы, которую опускают с кормы баржи-трубоукладчика на дно моря, полностью переходит на баржу. Представьте себе 24-дюймовую стальную трубу (60 см) с толщиной стенок 1 дюйм (2,5 см). Один футэтой трубы на палубе баржи весит около 250 фунт. (вес 1 м — 370 кг), а в воде, заполненный воздухом, а не водой, — всего 50 фунт. Таким образом, эффект плавучести создает силу в 200 фунт., направленную вверх.

          Предположим, что трубу укладывают на глубине 3 тыс. фут. (910 м), тогда корма баржи должна выдерживать 150 тыс. фунт. (67,5 т) веса, а на самом деле и больше, так как длина трубы от баржи-трубоукладчика до точки касания дна превышает глубину воды (см. рис. 2). Если труба неожиданно наполняется

водой в результате изгиба или иного происшествия, нагрузка на систему внезапно подскакивает до 750 тыс. фунт. (337,5 т), что может привести к потере трубы или повреждению баржи-трубоукладчика. Еще хуже, если глубина моря

составляет 10 тыс. фут. (3000 м). В этом случае, если нет возможности быстрого отсоединения трубы, баржа оказывается в опасном положении. Поэтому прокладка труб должна проходить под постоянным контролем их состояния, чтобы обеспечить структурную целостность трубопровода.

         Интересно, когда трубопровод уже лежит на морском дне, требуется дополнительная сила, направленная вниз, чтобы помешать ему всплыть. Вес стальной трубы увеличивается за счет нефти, которая все же значительно тяжелее воздуха, но не за счет газа. В зависимости от диаметра трубопровода

может потребоваться дополнительный груз, чтобы удержать трубопровод на месте. На мелководных участках наиболее экономичным способом увеличения веса трубы служит бетонное покрытие. На глубоководье эта задача может быть

решена за счет значительной толщины стенок трубы, которая требуется для того чтобы выдерживать гидростатическое давление.

 

 

 

 

 

 

 

Прокладка трубопровода

          Соединители, обычно имеющие небольшую длину и массу 10—20 т, доставляют на баржу готовыми и спускают под воду с помощью кранов и лебедок, установленных на палубе баржи, и подводных дистанционно-управляемых аппаратов. Такие аппараты, кроме того, позволяют проводить осмотр для выбора маршрута, разведку в ходе укладки трубопровода, а также помогают соединять части труб (см. главу 8).

          Обычные и промысловые трубопроводы тянутся на многие километры и требуют использования специализированных судов-трубоукладчиков. Прокладка километров труб на глубине тысяч футов начинается со сварки отрезков размером 40—240 фут. (12—72 м). На первый взгляд может показаться, что длинная стальная труба не обладает достаточной гибкостью, но на самом деле это не так. В то время как труба длиной 40 фут. (12 м) практически несгибаема, незакрепленная труба длиной 5000 фут. (1500 м) и толщиной 24 дюйма (60 см) провисает, как рыболовная удочка, когда на крючок

попалась четырехкилограммовая форель. Более того, если продолжить рыболовную аналогию, такую трубу можно намотать на катушку для транспортировки, а потом разматывать в ходе прокладки. Чтобы выгодно использовать плавучесть и гибкость труб, разработано четыре технологии прокладки трубопроводов: по S-образной и J-образной кривой, баржей-трубопрокладчиком с барабаном и с помощью буксира.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прокладка трубопровода

по S-образной кривой

          Наиболее распространенным методом является так называемый S-метод. При этом применяют следующую технологию трубоукладки:

• со склада трубы подают на вспомогательную монтажную линию с помощью передвижного крана малой грузоподъемности;
• на вспомогательной монтажной линии трубы подвергают разделке кромок, центрируют и сваривают в секции из двух или трех труб, причем качество сварки проверяется средствами рентгенографического или ультразвукового контроля;
• секции труб перемещают на основную монтажную линию с помощью поперечного конвейера;
• на 1-м рабочем посту монтажной линии секцию труб стыкуют с трубопроводом, центрируют и накладывают коренной шов;
• трубоукладочное судно перемещается по трассе на длину секции, стык секции и трубопровода перемещается на 2-й пост, где накладывают последующие слои сварного шва, затем на 3-й, 4-й и последующие сварочные посты. В зависимости от принятой технологии количество постов на линии может составлять от 3 до 6;
• стык секции и трубопровода в результате перемещения судна по трассе попадает на пост неразрушающего контроля сварного шва, затем на пост очистки и изоляции стыка и далее на пост обетонирования стыка (если это предусмотрено технологией); далее трубопровод спускается в воду.

          При проведении трубоукладочных операций запас труб, как наиболее расходуемая статья запасов, обусловливает автономность трубоукладочного судна. Поэтому на большинстве трубоукладочных судов складское хозяйство занимает около 70% площади верхней палубы и значительную часть грузоподъемности. Это обеспечивает 5-10-суточную автономность работы. Как правило, склад труб представляет собой площадку на верхней палубе, огражденную вертикальными опорами, предотвращающими раскатывание труб во время волнения.

          В состав вспомогательной монтажной линии входят устройства для перемещения труб и секций, станок подготовки кромок под сварку, детектор качества покрытия и наружный или внутренний центратор, сварочное оборудование, средство контроля качества сварки, устройства изоляции стыка и средства вырезки и ремонта дефектного участка шва.

          Кроме перечисленного оборудования, в состав основной монтажной линии входят натяжное устройство и средства обетонирования стыка. В последнее время обетонирование, как правило, не проводят, а стык изолируют слоем битума, полиэтиленовой лентой или термоусадочной муфтой.

          Натяжное устройство создает растягивающее усилие, которое необходимо приложить к укладываемому трубопроводу при значительных глубинах укладки для увеличения радиуса кривизны провисающего участка плети и соответственно уменьшения изгибающего момента в пролете. Как правило, натяжное устройство состоит на двух-трех силовых блоков, создающих суммарное натяжение трубопровода до 150 тс.

          Специальное спусковое устройство (стингер), чаще всего выполненное в виде наклонной кормовой рамы ферменной конструкции, служит для поддержания и формирования радиуса кривизны верхней части укладываемого трубопровода. Большинство трубоукладочных судов II и III поколений оборудованы криволинейным (S-образным) стингером, по длине которого вес поддерживаемого участка трубопровода распределяется равномерно. Длина стингера назначается в зависимости от глубины укладки и диаметра трубопровода. На трубоукладочных судах, предназначенных для сооружения трубопроводов диаметром до 1400 мм на глубинах до 300 м, длина стингера может достигать 120 м. Обычно стингер выполняют 2—3-секционным с регулируемыми углами между секциями. Последняя секция входит в воду на глубине до 8 м с углом наклона до 40° к горизонтали.

          Рассмотренный выше S-метод монтажа морских трубопроводов имеет ограничение по глубине воды, так как горизонтального усилия трубоукладочного судна может оказаться недостаточно для создания требуемого напряженно-деформированного состояния трубопровода.