ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Институт природных ресурсов

Кафедра ТХНГ

Реферат на тему:

«Подводные переходы».

                                                                     Выполнил:

Проверил:

Томск 2010

Содержание

Введение              3

Основные нормативные требования к проектированию подводных переходов.              5

Методы прокладки подводных переходов.

Техническая документация на строительство и эксплуатацию переходов.              16

Заключение              19

Список литературы.              20

Введение

Магистральные трубопроводы, которые размещаются на земной поверхности, встречают на своем пути препятствия- моря, реки, озера, водохранилища, болота и т.п., которые называются водными преградами.

Пересечения магистральными трубопроводами водных преград бывают надземными(надводными) и подводными.

Достоинством надземных пересечений является возможность доступа к трубопроводу, что облегчает контроль за техническим состоянием металла трубы, защиту от коррозии, выполнение ремонта.

Надземные переходы в зависимости от конструктивной схемы пролетов бывают балочными, арочными и висячими.

В балочном надземном переходе пролетным строением бывает самонесущая труба, одно- или многопролетная, с температурными компенсаторами и без них.

Выбор конкретной схемы перехода зависит от диаметра трубопровода, удобство его обслуживания и гидрологических условий водной преграды. Опоры, на которых устраивают трубопровод, могут быть свайными, кольцевыми, стоечными или плитными, а опорные части – Катковыми, скользящими или неподвижными.

По конструкции надземные переходы подразделяются на висячие, гибкие, «провисающая нить» и вантовые. В гибких и висячих системах трубопровод прикрепляют с помощью подвесок к одному или нескольким несущим тросам, перекинутым через пилоны. Недостатком гибких систем является их малая вертикальная жесткость, вследствие чего при динамических воздействиях, например, ветровых, они могут перейти в колебательное движение с нарастающей амплитудой и привести к перенапряжениям в металле трубы. В вантовых системах трубопровод удерживается в проектном вертикальном положении с помощью несущих тросов, а горизонтальном – с помощью жестких ферм или оттяжек обеспечивающих геометрическую форму трубопровода при возникновении колебательных движений.

Однако опыт показал, что на горных реках с меандрирующим руслом, где в основном применялись висячие системы, их долговечность, а следовательно и безопасность были относительны, прежде всего, из-за меандрирования, которое приводит к размыву грунтов вокруг опор, Поэтому такие системы постепенно пришлось заменить на многопролетные балочные.

Арочные переходы применяются обычно при пересечении каналов со спокойным установившимся течением.

Подводные переходы проектируются на основании многолетних гидрологических, геологических и топографических изысканий с учетом условий эксплуатации в районах строительства ранее построенных переходов, гидротехнических сооружений, влияющих на режим водной преграды в месте пересечения, и перспективных работ (например, дноуглубительных).

В природе не существует водных преград с одинаковыми рельефами в геологическом строении дна, скоростями течения, ледовым режимов и другими факторами. Поэтому поддержание безопасности подводных переходов на каждом объекте будет различным и требует осуществления индивидуальных программ, разработки рекомендации и мероприятий по ремонту, модернизации и предупреждению аварий.

              Наиболее сложным являются подводные переходы, размещаемые на дне или ниже дна водных преград.

Основные нормативные требования к проектированию подводных переходов.

В соответствии с нормативно технической документацией (НТД) к подводным переходам относятся линейная часть нефтепровода, пересекающая водные преграды шириной более 10 метров по зеркалу воды в межень и глубиной более 1,5 метров

Граница подводного перехода магистрального нефтепровода: для многониточных переходов- участок, ограниченный запорной арматурой, установленной на берегах водоема; для однониточных переходов- участок, ограниченный горизонтом высоких вод (ГВВ), не ниже отметок 10%-ной обеспеченности.

Подводные переходы нефтепроводов строятся и эксплуатируются на основании требований строительных норм и правил, а так же ряда руководящих документов, утвержденных в соответствующем порядке.

В состав подводного перехода входят:

             участок основной и резервуарных ниток, ограниченный для многониточных переходов запорной арматурой, установленной на берегах водоема,  а для однониточных- горизонтом высоких вод (ГВВ), не ниже отметок 10%-ной обеспеченности;

             берегоукрепительные сооружения, служащие для предохранения трубопроводов от размывов, оползней и т.п.

             сооружения для регулирования русловых деформаций в районе перехода;

             защитные сооружения от аварийного разлива нефти;

             информационные знаки ограждения охранной зоны трубопроводов на славных и судоходных водных путях;

             вертолетные площадки;

             специальные защитные сооружения от повреждения тормозными устройствами плотов, якорями на судоходных и сплавных водных путях;

             плановые магистрали(базисные линии для наблюдения за размывом берегов, базисы, по концам которых устанавливаются угломерные инструменты, контрольные отводы и другие устройства, закрепленные на местности долговременными опорными знаками)

             совокупность подводных переходов трубопроводов разного назначения, пересекающих водную преграду в одном техническом коридоре с расстояниями между осями, определенными по СНиП 2.05.06-85.

Трубопроводы на подводных переходах через реки и водоемы классифицируются по различным признакам. Главными из них являются ширина и глубина водной преграды. (Таблица1)

Таблица 1

Пользование объектами водного фонда для прокладки трубопроводов и кабелей связи согласовывается с государственными органами охраны окружающей среды, водного хозяйства и геологии.

Подводные переходы нефтепроводов следует проектировать на основании данных геодезических, гидрологических, инженерно геологических и топографических изысканий с учетом условий эксплуатации в районе строительства.

Топографо-геодезические и  гидрографические работы проводятся для получения плана участка, продольных и поперечных профилей дна водоема на участке перехода.

Гидрологические изыскания проводятся для оценки влияния на трубопровод русловых и пойменных деформаций.

Перед началом топографо-геодезических работ проводиться предварительное определение границ обследуемого участка водной преграды, определяется схема размещения сети планово-высотной привязки участка работ к намеченному створу перехода, выявляются характерные особенности местности и водной преграды.

В результате проведения геодезических изысканий для подводного перехода необходимо получить крупномасштабный топографический план его участка и профили по намеченным створам перехода в полосе проведения изысканий.

Гидрологические изыскания выполняются в соответствии с действующими нормами, РД и инструкциями.

При проведении гидрологических изысканий определяются:

      наличие водоносных горизонтов, их мощность и глубина залегания;

      границы распространения, степень водонасыщенности и фильтрационные свойства грунтов;

      интенсивность поступления воды из водоносных горизонтов в реку;

      химический состав воды

Состав и объем гидрологических изысканий зависят от физико-географческих условий района, степени изученности реки и ее гидрологического режима. При недостаточной изученности реки предусматривают годовой цикл гидрологических наблюдений.

В результате гидрологичеких изысканий составляются:

      схематический план гидрологического обследования участка ППМН;

      план русловой съемки;

      схемы геологического рекогносцировочного обследования участка с геологическими разрезами по створам перехода;

      совмещенные поперечные профили участка реки;

      предварительный вариант поперечного профиля возможного размыва русла

В результате выполнения геологических изысканий должны быть получены следующие материалы, в том числе с учетом ННБ:

      определение проницаемости грунтов;

      определение просачивания бурового раствора и подпорной жидкости при бурении;

      определение коэффициента трения для расчета величины тягового усилия;

      прогнозирование русловых деформаций для подводных переходов;

      построение расчетного профиля бурения скважиы;

      результаты лабораторных исследований по прочности грунта, сопротивляемости деформации и т.д.

Проект подводного перехода нефтепровода включает:

      рабочую документацию (черчежи);

      пояснительную записку;

      сметную документацию;

      проект организации строительства;

      раздел охраны окружающей среды;

      оценку степени промышленного риска;

      согласование с заинтересованными организациями и органами надзора

Для предварительного предупреждения загрязнения, засорения и исчерпания водоемов, уничтожения окружающих  растений и животных, а так же для уменьшения колебаний стока вдоль озер, водохранилищ и других водоемов устанавливаются водоохранные зоны по обоим берегам.

По плановым и глубинным переформированиям участки рек в зоне подводных переходов подразделяются на категории в соответствии с таблицей 2

Таблица 2

              По режимам половодья, паводка, становления льда реки характеризуются следующими параметрами:

             весеннее половодье средней продолжительности (2-4 недели);

             весенне-летнее половодье длительной продолжительности (4-7 недель);

             неоднократно повторяющийся паводок;

             возможные заторы и засоры на участке пересечения реки трубопроводом.

В зависимости от поперечного профиля реки или водоема трубопроводы укладываются на дно:

              по радиусу изгиба;

              с помощью кривых вставок.

Грунты, слагающие дно и берега, делятся на:

                          легкие – илы, пески и супеси рыхлые и легкоразмываемые, связные текучие и мягкопластичные, торф (коэффициент прочности 0,06 -0,6);

                          средние – пески и супеси плотные с включением гравия, гравий чистый, связные тугопластичные, липкие (коэффициент прочности 0,6 – 2,0);

                          тяжелые – твердые и сцементированные, очень липкие, слабо выветрелые скальные, твердые скальные, предварительно раздробленные (коэффициент прочности 2,0- 5,0).

Методы прокладки подводных переходов.

Существуют следующие методы строительства подводных переходов трубопроводов:

      траншейный

      ННБ

      микротоннелирование

Из указанных методов выбор предпочтительного основывается на рассмотрении совокупности условий прохождения трассы нефтепровода и требований к переходу – технических, экономических, экологических и др.:

1.      Инженерно- геологические условия трассы перехода;

2.      Стоимость работ;

3.      Ширина водной преграды.

Траншейный метод. Наиболее распространенный траншейный метод сооружения подводных переходов трубопроводов наряду с достоинствами имеет ряд недостатков и в полной мере не отвечает современным требованиям, предъявляемым к надежности этих переходов.

Основным недостатком траншейного метода является большой объем подводно-технических и земляных работ, связанных с разработкой траншеи, которая к тому же нарушает целостность водоема, что приводит к значительному экологическому ущербу. Все чаще траншейный метод строительства подводных переходов применяется лишь при невозможности использования бестраншейных методов из-за предъявляемых к ним ограничений и на малых реках.

Магистральный трубопровод на пересечении с водной преградой прокладывают с заглублением в дно водоема. Земляные работы под водой проводятся с помощью специальной землеройной техники. на мелких водоемах, глубина которых не превышает 2-3 метра, разработку подводных траншей осуществляют с помощью экскаватора, устанавливаемого на понтоне.

Применяются три метода укладки трубопровода в подводные траншеи:

1.      Протягивание по дну;

2.      Погружение с поверхности воды трубопровода полной длинны

3.      Укладка с плавучих средств и опор.

Каждый из перечисленных методов укладки имеет свои преимущества.

Перед укладкой в траншею трубы сваривают, изолируют поперечные стыки, футеруют матами из деревянных реек, балластируют.

Футерование трубопровода используют в целях предохранения изоляционных покрытий при транспортировке, монтаже в секции и укладке его в траншею. В зависимости от метода укладки трубопровода и условий его эксплуатации футеровку производят по всей длине или на отдельных участках. Так, при укладке подводного трубопровода методом протягивания по дну траншеи применяют сплошное футерование по всей длине дюкера, а при укладке трубопровода методом свободного погружения футерование осуществляют на участках, где возможно повреждение изоляции (под пригрузами и.т.п.).

Бестраншейные методы. В настоящее время при строительстве трубопроводов все чаще при переходе через водные преграды применяется бестраншейная прокладка труб. При использовании бестраншейных технологий строительства ППМН, таких как наклонно направленное бурение и микротоннелирование, отсутствуют недостатки традиционных методов, уменьшается неблагоприятное воздействие на окружающую среду, повышается надежность трубопровода.

Метод наклонно направленного бурения (ННБ) для преодоления водных преград при прокладке трубопроводов в мировой практике начали применять в 1970 годах; сейчас метод ННБ является одним из наиболее прогрессивных в строительстве подводных переходов. Диаметр трубопроводов, уложенных этим методом, увеличивается до 1400 мм, а максимальная протяженность выполненного перехода достигла 1800 м.

Строительство подводных переходов нефтепроводов методом ННБ в зависимости от характеристики водных преград, технических характеристик используемых буровых установок, технологии бурения, конструктивных параметров протаскиваемого трубопровода (длины криволинейного участка, диаметра и т.д.) осуществляется по различным технологическим схемам, имеющим определенные отличия.

Общим для всех технологических схем строительства ПП методом ННБ являются следующие основные этапы:

      бурение пилотной скважины;

      расширение скважины в один или несколько приемов в различных направлениях;

      протягивание трубопровода в разработанную скважину;

Преимущества метода ННБ:

      большая надежность построенного объекта;

      сокращение эксплутационных затрат;

      сокращение сроков строительства за счет использования высокотехнологических буровых комплексов с большой скоростью проходки;

      возможность строительства в любое время года;

      минимизация затрат на энергоснабжение буровых комплексов  вследствие их полной автономности и экономичности используемых агрегатов;

      сохранение природного ландшафта и экологического баланса в месте проведения работ;

      значительное уменьшение риска аварийных ситуаций

Технические ограничения при использовании метода ННБ:

1.                  По геологическим условиям. Предпочтительными для применения метода ННБ являются связные однородные грунты- суглинки, супеси, алевриты. Несколько сложнее выполнять бурение в плотных глинах, водонасыщенных песках, однородных скальных породах. Наибольшую сложность представляют собой грунты с большим содержанием гравия, илистые и карстовые грунты, а так же грунты содержащие галечник, булыжники и валуны. Рискованным для бурения являются водоносные пласты, оползни.

2.                  По максимальной длине и диаметру перехода. Это ограничение связанно в первую очередь с тяговыми возможностями буровых установок. С увеличением длины и диаметра скважины повышается риск обвала скважины в процессе расширения.

3.                  По геометрии скважины. Кривизна скважины должна позволять протянуть рабочий трубопровод без изломов и заклиниваний.

Метод микротоннелирования основан на строительстве тоннеля с помощью дистанционного управляемого проходческого щита. Микротоннельный щит из заранее подготовленной стартовой шахты в заданном прямолинейном или криволинейном направлении. Выемка щита производиться из приемной шахты.

Технологический комплекс выполняемых операций по укладке трубопровода методом микротоннелирования сводиться к выполнению следующих основных видов работ:

      устройство стартовой шахты;

      устройство приемной шахты;

      монтаж технологического оборудования;

      щитовая проходка с обустройством тоннеля железобетонными трубами;

      сварка и предварительное гидравлическое испытание рабочего трубопровода на площадке;

      устройство опор для укладки рабочего трубопровода;

      протягивание трубопровода в тоннель;

      гидравлическое испытание трубопровода;

      контроль сплошности изоляционного покрытия.

Преимущества микротоннелирования. По сравнению с обычным траншейным способом метод микротоннелирования имеет следующие преимущества:

      полностью отсутствующее отрицательное воздействие на русловые процессы пересекаемой водной преграды;

      надежная защита руслового участка подводного перехода от размыва и высокая степень защиты трубопровода от механических повреждений, обеспечиваемая прокладкой трубопровода на глубине не менее 7 м от дна и значительно ниже линии предварительного размыва русла реки;

      отсутствие ущерба биоценозу в районе строительства;

      отсутствие воздействия на режим судоходства;

Метод прокладки труба в трубе используется при реконструкции нефтепроводов и предусматривает расположение внутри существующего трубопровода нового трубопровода меньшего диаметра. При этом методе увеличивается надежность нефтепровода, сокращается время реконструкции и практически исключается негативное влияние на окружающую среду. Его целесообразно применять на резервных нитках, имеющие многочисленные дефекты типа трещина или вмятина, требующие замены трубы.

Выполнение капитального ремонта методом труба в трубе возможно при соблюдении следующих условий:

      отсутствие на ремонтируемом трубопроводе искусственно гнутых вставок;

      отсутствие дефектов геометрии тела трубы, препятствующих прохождению рабочей трубы внутри ремонтируемой;

      допустимое изменение режимов перекачки

При невыполнении хотя бы одного из перечисленных выше условий капитальный ремонт требуется производить другим методом.

Конструкция подводного перехода, прокладываемого методом труба в трубе, представляет собой кожух-трубопровод, выводимый из эксплуатации, внутри которого размещается рабочий трубопровод меньшего диаметра, оснащенный опорно-центрирующими устройствами. В качестве устройств можно использовать ролики, трубчатые опоры, капролоновые кольца и т.д. Межтрубное пространство заполняется неагрессивными инертным раствором.

Технология прокладки подводного перехода трубопровода методом труба в трубе состоит из следующих основных процессов:

      вытеснение из заменяемого участка трубопровода нефти и отсечение его от магистрали;

      очищение полости кожуха от загрязнения путем пропуска очистных устройств;

      пропуск калибра через подводный трубопровод для выявления дефектов или других причин, которые могла бы оказать негативное влияние на протаскивание трубопровода;

      сварка и испытания на прочность и проверка на герметичность плетей рабочего трубопровода, расположенных на монтажной площадке;

      установка колец на рабочий трубопровод;

      заполнение межтрубного пространства инертным раствором;

      протаскивание рабочего трубопровода в кожух посредством оголовника, соединенного с первой плетью трубопровода.

При разработке проекта реконструкции подводного перехода с использованием конструкции труба в трубе необходимо:

1.      Установить отсутствие кривых искусственного гнутья в подводных и береговых участках перехода, большой эллипсности сечения трубы и вмятин, препятствующих протаскиванию трубопровода меньшего диаметра;

2.      Определить наличие провисающих участков трубопровода в подводной части, так как они могут при дальнейшей эксплуатации разрушиться и в случае обнаружения таких участков предусмотреть их устранение;

3.      Оценить приемлемость некоторого снижения производительности и напора в трубопроводе после подключения ПП меньшего диаметра.

Для протаскивания рабочего трубопровода в кожух необходимо устроить рабочие и приемный котлованы, оборудованные колодцами для водоотлива.

Техническая документация на строительство и эксплуатацию переходов.

Кроме основной нагрузки – внутреннего давления, достигающего 7,3 – 9,8 МПа (75-100 кГс/см2 – существует множество различных дополнительных воздействий, оказываемых на подводные трубопроводы в зависимости от вида пересекаемых водных преград: течение, волны, переформирование русла, шуга, лед поверхностный, лед донный, якоря, после   завершения строительства составляют паспорт, который ведется на протяжении всего существования этого перехода. Паспорт содержит данные о переходе: протяженность (пикетаж), материал, диаметр и толщина стенок труб. величина испытательного давления, раскладка плетей труб по длине, тип изоляции и балластировки, дата сдачи в эксплуатацию, гидрологические и геологические условия, ширина и максимальная глубина водоема при различных горизонтах в створе, характерные деформации дна в паводок и межень, состояние защиты береговой линии.

Техническая документация на подводной переход включает проектные и исполнительные профили, план участка в горизонталях с расположением базисов и реперов и храниться в электронной базе данных, что позволяет получать результаты наблюдений за ряд лет и совмещать линии размывов и плановых деформаций дна с целью прогнозирования их развития

Основные параметры, характеризующие состояние трубопровода, антикоррозионной защитной изоляции, электро-химзащиты, защиты от размывов дна и берегов, состояние постоянных сигнальных знаков охранной зоны и другое, анализируются на протяжении всего жизненного цикла трубопровода.

Трубопроводы, пересекающие водные преграды иногда оказывают негативные воздействия на окружающую природную среду.

К негативным изменениям в окружающей природной среде при  эксплуатации трубопроводов относятся:

o               разрушении почвенно-растительного слоя, нарушение естественных геологических и гидрологических условий в границах береговых и пойменных траншей;

o               возникновение и активация опасных русловых процессов, оврагов, разрушение береговых склонов;

o               ухудшение условий обитания гидробионтов из-за повышения мутности воды, уничтожения или сокращения нерестилищ, зимовальных ям и кормовых угодий рыб, водоплавающих птиц и других животных водоемов и прибрежной зоны;

o               загрязнение поверхностных вод и грунтов продуктами перекачки и горюче-смазочными материалами, подсланевыми водами плавучих средств и оборудования и хозяйственными бытовыми отходами (во время ремонта и при ликвидации аварий).

Для контроля за негативными изменениями окружающей природной среды в результате эксплуатации трубопроводов необходимо проводить экологические наблюдения и изыскания, в результате которых оцениваются:

              взаимное воздействие окружающей природной среды и проходящих в одном техническом коридоре соседних трубопроводов и других коммуникаций и технических сооружений;

              рыбохозяйственная характеристика водоема на участке проведения аварийно-восстановительных и строительных работ;

              характеристика почв, заболоченности и обводненности пойм, их гидрологической и дренажной систем.

В целях обеспечения экологической безопасности при эксплуатации подводных переходов предусматривают:

             применение труб с повышенными прочностными характеристиками, эффективной противокоррозионной защитной из материалов, не наносящих вреда окружающей природной среде;

             установку утяжеляющих балластных пригрузов, исключающих возможность всплытия трубопроводов в русле и на обводненных участках пойм;

             вертикальную трассировку при замене трубопроводов для дополнительного заглубления их в дно водной преграды и пропуска очистных устройств и приборов внутритрубной диагностики;

             крепление дна и откосов берегов, струенаправляющих сооружений из привозных или местных материалов, которые не могут нанести вред водоемам и их обитателям по допускаемым нормам предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ;

             мероприятия по выявлению и исключению нерегламентированных сбросов жидких нефтепродуктов из трубопроводов и строчных вод;

             рекультивацию нарушенных земель, временно занимаемых под отвал грунта, устройство притрассовых резервов , временных дорог и площадок под землеройную технику и т.п.

Для проведения строительных работ на трассах, требующих

дополнительного заглубления, следует использовать данные инженерных изысканий, срок давности которых не превышает двух лет.

              Изучение гидрологических и геологических характеристик каждой водной преграды в зоне пересечения подводных переходов и прогнозирование деформаций русел и берегов должно производиться не реже 1 раза в 25 лет с начала эксплуатации.

              При прогнозировании деформаций дна реки и переформирования берегов, диапазона плановых и глубинных изменений инженерно-геологическая съемка участка должно охватывать примыкающие зоны возможных деформаций и переформирований берегов (2-10 км от створа перехода или с захватом на реках по одной излучине вверх и вниз по течению).

              Для выявления характера руслового процесса в общей тенденции русловой деформации производится сопоставление или совмещение планов, созданных по материалам промеров разных лет.

Для составления ленты планов за многолетний период подбираются планы, полученные примерно при одинаковых уровнях воды: если русло устойчивое – по одному плану через 2 года за период 10 – 15 лет, если русло неустойчивое – по одному плану на каждой год за период 5-8 лет.      

Заключение

Широко бытует мнение, что мы используем нефть со всё возрастающей скоростью, и что ее залежи истощаются. С этим трудно спорить, так как общеизвестно, что природные ископаемые топлива являются невосстанавливаемыми источниками энергии. То есть, их запасы, будучи один раз использованными, не могут восполниться снова.

Более 25 лет делались различные предсказания относительно запасов сырой нефти. Согласно этим цифрам, человечество должно было исчерпать запасы нефти уже сегодня. Однако в настоящее время мы находим столько же нефти, сколько используем. Технологии развиваются, открываются новые нефтяные   месторождения, разведанные небольшие залежи нефти разрабатываются более       экономичными методами. Нефтяные компании постоянно вырабатывают методики для уменьшения потерь при разработке и эксплуатации нефтяных скважин.

Но, тем не менее, в нефтяной промышленности продолжаются жестокие дебаты в попытках разрешить вопрос, когда запасы нефти начнут истощаться. В последнее время много говорится об альтернативных источниках энергии, периодически выдвигаются самые фантастические проекты, но пока что не изобретено ни одного полноценного заменителя нефти, а значит что остается сырье для транспортировки различными методами, в том числе и трубопроводным.

Список литературы.

1.      «Безопасность пересечений трубопроводами водных преград» К. А. Забела; В. А. Красков; В. М. Москвич; А. Е. Сощенко, Москва, 2001 год.

2.      «Трубопроводный транспорт нефти» С. М. Вайншток; В. В. Калинин, В. В. Новоселов; А. Д. Прохоров, Томск, 2004.

3.      «Поготовка, транспорт и хранение скважинной продукции Н. А. Сваровская., Томск, 2004 год.

4.      Интернет ресурсы WWW.T-PARK.RU

                                       WWW.WIKIPEDIA.RU
 

1