Методика навигационно-гидрографического обеспечения трубоукладочных работ, проводимых на шельфе

 

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство  морского и речного транспорта

Федеральное государственное  образовательное учреждение

Государственная морская  академия имени адмирала С.О. Макарова

Арктический факультет

Кафедра гидрографии моря

 

 

 

Дипломная работа на тему

Методика навигационно-гидрографического  обеспечения  
трубоукладочных работ, проводимых на шельфе

 

 

Работу выполнил курсант  
Крюков Никита Дмитриевич

 

 

 

Санкт-Петербург 2012 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Последнее столетие человечество стало  активно добывать нефть и природный газ, темпы добычи увеличиваются каждый год, а месторождения становятся всё более сложными для разработки. Изначально нефть добывалась практически полностью на суше, но запасы её там истощаются, вследствие не совершенности технологий, многие месторождения пришлось законсервировать, и искать новые. И они были найдены. Шельф – вот новый источник углеводородов! на сегодняшний момент треть всей добываемой в мире нефти добывается на шельфе. И также как континентальная добыча, добыча в море требует строительство большого количества сооружений и коммуникаций между ними. Простейшая схема морского месторождения представлена на рисунке 1.

Рис 1.

Линии, соединяющие объекты нефтегазового месторождения это трубы. Из схемы видно, что от блок-кондуктора (блок со скважинами (station)) идет труба, передающая из этих скважин нефть, на компрессионную станцию, где от нефти отделяют попутный газ, который по другой трубе возвращается в блок-кондуктор, откуда снова закачивается в скважину. Третья труба от компрессионной станции передает на блок-кондуктор воду под высоким давлением, которая в свою очередь тоже будет закачана в скважину для увеличения давления в нефтяном кармане. Последняя труба от компрессионной станции передаёт нефть на Floating Storage and Offloading unit (плавающая единица хранения). Из всего выше сказанного становиться ясно, что с увеличением добычи углеводородов на шельфе, обязательно будет расти и сеть трубопроводов. Также кроме трубопроводов находящихся внутри месторождения существуют и магистральные трубопроводы, соединяющие не только отдельные месторождения с берегом, но различные страны, примером такого трубопровода может служить Nord Stream – Северный поток, соединяющий Россию и Германию.

Вся литература и нормативные акты по строительству морских трубопроводов, практически сводится к материалам, из которых изготавливаются трубы и стояки; судам – трубоукладчикам и буксирам обеспечения; защите от разрушений уже построенных трубопроводов, вызванных различными факторами; и непосредственной технологии строительства, при этом опускается такой пункт, как навигационно-геодезическое и гидрографическое обеспечение не только на стадии изысканий, но и строительства.

Данная работа посвящена освещению  именно этого пункта - навигационно-гидрографическое обеспечение трубоукладочных работ, проводимых на шельфе. И ответить на следующие вопросы:

• Какие требования выдвигают нефтегазодобывающие компании к точностям позиционирования трубоукладочных работ?
• Кто занимается навигационно-гидрографическим обеспечением морских трубоукладочных работ?
• Какое применяется оборудование для соблюдения точностей? Насколько современное оборудование соответствует этим требованиям?
• Какое применяется программное обеспечение, и как с помощью него могут синхронизовать работу Трубоукладочная платформа и буксиры обеспечения?
• Какие методы инспекции и уточнения положения трубопроводов существуют?

Также дать общую оценку уровня развития систем позиционирования для целей  морских трубоукладочных работ.

 

 

1. ТЕХНОЛОГИИ ТРУБОУКЛАДКИ В ОФШОРНОЙ ЗОНЕ МОРЯ

1.1. СПОСОБЫ УКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА НА МОРСКОЕ ДНО

Подводные трубопроводы могут  укладываться на морское дно различными способами, основными из которых являются: протаскивание по грунту, метод свободного погружения, укладка с трубоукладочных барж и судов, опускание со льда, укладки с использованием наклонного бурения. Возможны и другие способы или их комбинации.

При выборе способа укладки необходимо учитывать внешние условия, глубины  акватории, рельеф дна по трассе трубопровода, свойства донного грунта, продолжительность периода льдообразования, вид транспортируемой среды, возможность создания растягивающих усилий в укладываемом трубопроводе, геометрические параметры трубы и свойства материала трубопровода.

Основой технологического процесса укладки  подводного трубопровода должно являться перемещение его в створ трассы и опускание на дно. Технологические схемы укладки подводных трубопроводов должны отражать особенности размещения строительно-монтажной площадки, способов перемещения и опускания трубопровода в створ трассы, приложения растягивающих усилий к трубопроводу, регулирования плавучести трубопровода и способов наращивания плетей. При укладке трубопровода возможно применение одной из основных технологических схем:

1. укладки с трубоукладчика с последовательным наращиванием плетей или с размоткой с барабана;
2. протаскивания трубопровода по дну с предварительным монтажом его на полную длину на береговой строительно-монтажной площадке;
3. протаскивания трубопровода по дну с последовательным наращиванием;
4. опускания трубопровода свободным погружением с предварительным монтажом его в створе трассы;
5. опускания трубопровода свободным погружением с последовательным наращиванием плетей;
6. придонной буксировки и опускания плетей в створ;
7. укладка с использованием наклонного бурения.

Возможно сочетание различных  способов укладки на участках подводного трубопровода в зависимости от внешних условий и профиля трассы.

1. УКЛАДКА ТРУБОПРОВОДА ПРОТАСКИВАНИЕМ ПО ДНУ

Технологические схемы укладки, указанные  в II и III,следует применять при укладке подводных трубопроводов малой протяженности. Выбор конкретной технологической схемы должен учитывать длину трубопровода, профиль его трассы, массу и плавучесть трубопровода, используемые тяговые средства и их возможное расположение (на берегу и/или на плавсредстве).

При протаскивании трубопровода (плети) радиус его изгиба на спусковой дорожке  должен быть не менее величины равной

R>1000*D,

где R– радиус кривизны трассы трубопровода (в горизонтальной и вертикальной плоскостях), м;

D–наружный диаметр труб, м.

При назначении меньшего радиуса изгиба (радиуса кривизны спусковых дорожек) прочность трубопровода (плети) должна быть подтверждена соответствующим расчетом.

Для уменьшения тягового усилия допускается  применение понтонов, разгружающих за счет своей подъемной силы плети трубопровода и снижающих силы трения о донный грунт.

При использовании протаскивания  должна быть разработана и представлена на рассмотрение в Регистр следующая технологическая документация:

• технология сборки и сварки плетей трубопровода на строительно-монтажной площадке;
• схема протаскивания с указанием параметров средств приложения усилий и способов анкеровки тросов;
• технология наращивания плетей трубопровода;
• схема установки понтонов и расчет прочности трубопровода (плети) в районе установки понтонов;
• расчет тягового усилия и усилия страгивания трубопровода (плети);
• конструктивная схема спусковой дорожки.

Прокладка трубопровода способом свободного погружения заключается в следующем:

• поставке изолированных труб на береговую строительную площадку;
• изготовлении на береговой строительной площадке длинномерных плетей трубопровода;
• проверке качества сварных стыков;
• гидравлическом испытании плетей на прочность и герметичность;
• нанесении противокоррозионного покрытия на сварные стыки;
• оснастке плетей оголовками и понтонами для транспортировки к месту укладки;
• поэтапном перемещении плетей к урезу воды с помощью трубоукладчиков;
• выводе плетей на плаву и буксировке к месту укладки; подъеме со дна моря свободного конца уложенного ранее участка трубопровода;
• соединении конца прибуксированной плети с концом поднятого участка трубопровода посредством сварки;
• проверке качества сварного стыка;
• нанесении противокоррозионного покрытия на сварной стык;
• укладке плети по трассе трубопровода;
• отсоединении от плети понтонов и буксировки их на берег;
• испытании уложенного трубопровода.

При способе свободного погружения трубопровод может укладываться на дно посредством залива воды в  трубопровод, отстропки от трубопровода понтонов (последовательной или ступенчатой) залива воды в понтоны.

2. УКЛАДКА ТРУБОПРОВОДА БУКСИРОВКОЙ НА ПЛАВУ

Применение технологических схем укладки, указанных в IV на плаву трубопроводами (плетьми), должно ограничиваться допустимыми гидрометеорологическими условиями по трассе трубопровода во время укладки, а также должно учитывать глубину акватории, длину трубопровода (плети), массу и плавучесть трубопровода, используемые средства буксировки и способ опускания трубопровода на донный грунт.

При использовании буксировки на плаву  для укладки трубопровода должна быть разработана и представлена на рассмотрение в Регистр следующая технологическая документация:

• технология сборки и сварки плетей трубопровода на стапельной площадке;
• схема спуска на воду со стапельной площадки и буксировки трубопровода (плетей);
• конструктивная схема понтонов и их установки (при отрицательной плавучести трубопровода или плети);
• схема дополнительной балластировки трубопровода (плети) при избыточной положительной плавучести;
• схема налива воды или отстроповки понтонов;
• расчет прочности трубопровода (плети) при опускании на подводный грунт;
• технология наращивания плетей трубопровода.

При значительной глубине акватории, приводящей к превышению допустимых напряжений при укладке, способ свободного погружения трубопровода (плети) должен быть дополнен приложением растягивающих усилий или самонатяжением трубопровода (плети) при закреплении его концов к неподвижным береговым опорам. Расчет прочности трубопровода с определением необходимой величины растягивающих усилий должен быть представлен Регистру на рассмотрение.

В этих же целях при избыточной положительной плавучести трубопровода (плети) допускается применение временной (на момент проведения операции по укладке) утяжеляющей балластировки.

При составлении расчетных схем для проверки прочности погруженной части трубопровода (плети) необходимо учитывать ненулевые граничные условия от остающейся на плаву части трубопровода (плети).

Данный метод отличается от предыдущего  лишь тем, что во время транспортировки плети (участка трубопровода) он на всей своей длине оснащается понтонами или сам имеет положительную плавучесть и перемещается по поверхности воды или в её толще, в некотором удалении от дна. Погружение его происходить посредством залива воды в трубопровод, отстропки от трубопровода понтонов (последовательной или ступенчатой) залива воды в понтоны.

3. УКЛАДКА СТАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ С ТРУБОУКЛАДЧИКА

Технологическая схема укладки  подводного трубопровода согласно п.I является наиболее массовым, может применяться  для трубопроводов любой длины и должна соответствовать техническим параметрам трубоукладчика (включая способы опускания трубопровода и ограничения по производству работ по гидрометеорологическим условиям), рельеф трассы, геометрические параметры и свойства материала труб.

При укладке трубопровода должна быть обеспечена его прочность и отсутствие начальных повреждений трубы после укладки в виде остаточных пластических деформаций и гофров (локальной потери устойчивости) стенки трубы и разрушения балласта или изоляции. При значительных глубинах укладки трубопровода необходимо применение натяжных устройств .

При использовании способа укладки  трубопроводов с трубоукладчика с последовательным наращиванием плетей должна быть разработана и представлена на рассмотрение в Регистр следующая технологическая документация:

• технологическая и расчетная схема укладки;
• технология сборки и сварки плетей трубопровода;
• расчет прочности трубопровода при укладке.

Укладка J-способом должна предполагать приложение вернтикальной силы к верхнему концу трубопровода, достаточной для обеспечения безопасной укладки. Усилие должно создаваться специальными силовыми устройствами (натяжителями), системой динамического или якорного позиционирования трубоукладчика. Необходимо использовать достаточно надежные системы позиционирования такие как: технологические якоря и системы DP, с резервированием не менее двукратного по суммарной тяге. Предпочтительно использование трубоукладчиков (трубоукладочных судов) полупогружного типа или прекращение укладки при волнении, повышающем опасность получения начальных повреждений трубы.

При укладке трубопровода с трубоукладчика, S-способом - при котором трубопровод опускается на морское дно по S - образной кривой, прогиб верхней части трубопровода задается стингером, а изменение формы прогиба свободно провисшей части трубопровода достигается горизонтальным натяжением трубопровода с помощью баржи. Перемещение баржи должно регулироваться таким образом, чтобы трубопровод всегда находился под натяжением, так как усилия сжатия в трубопроводе могут привести к потере устойчивости стенки трубы. Такие условия могут возникнуть в результате аварии тягового устройства, изменения направления движения баржи или изменения положения баржи при сильном волнении. Укладку трубопровода по трассе регулируют перемещением баржи с помощью якорной или DP системы. Контроль положения осуществляют навигационными средствами. Регистру представляется на рассмотрение расчет прочности трубопровода, в результате которого назначается минимальное усилие на натяжителе с учетом геометрии стингера или слипа, при условии выполнения критерия прочности трубы на каждом участке трубопровода.