что такое подводный переход

ПОДВОДНЫЕ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДАХ

Определение подводного перехода

Трубопроводный транспорт газа, нефти и нефтепродуктов в настоящее время является основным средством доставки этих продуктов от мест добычи, переработки или получения к местам потребления. Для транспортировки нефти и газа в центральные и западные районы сооружаются трубопроводы длиной до 5000 км. Трубопроводы такой протяженности пересекают огромное число разнообразных водных препятствий: малых и больших рек, водохранилищ, озер, глубоких болот и т.д. Пересечение водных преград магистральными трубопроводами чаще всего решается путем строительства подводных переходов.

– особый конструктивный элемент линейной части магистрального трубопровода, который представляет потенциальную опасность для окружающей среды. Поэтому был выпушен ряд нормативно-технических документов, определяющих правила проектирования, строительства и эксплуатации подводных переходов, общим принципом которых является предупреждение аварийных разливов нефти или выхода газа при сохранении эффективности трубопроводной системы.

называется гидротехническая система сооружений одного или нескольких трубопроводов, пересекающая водные преграды, при строительстве которой применяются специальные методы производства подводно-технических работ. К подводным следует относить трубопроводы, уложенные по дну или ниже отметок дна водоема.

Трубопроводы, прокладываемые на пойменных участках рек, следует также относить к категории подводных, т.к. при эксплуатации во время паводка они будут находиться под водой. При проектировании и строительстве таких трубопроводов необходимо соблюдать те же требования, что и при сооружении подводных трубопроводов.

Трубопроводы, прокладываемые через ручьи и речки шириной до 10 м, глубиной менее 1,5 м не относятся к подводным переходам, т.к. при их сооружении и ремонте не требуется специальное подводно- техническое оборудование.

Состав подводного перехода

Классификация подводных переходов

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

Граничная длина подводного перехода определяется из следующих факторов:

В соответствии со СНиП 2.05.06-85* подводные переходы через водные преграды в зависимости от условий работы, диаметра трубопровода и судоходности водной преграды относятся к категориям I, II и В.

В соответствии со СНиП 1.02.07-87 подводные переходы подразделяются по группам сложности в зависимости от ширины водного объекта:

Участки рек в зоне перехода по плановым и глубинным переформированиям русла подразделяются на категории:

Классификация подводных переходов магистральных трубопроводов:

Источник

ПОДВОДНЫЕ НЕФТЕПРОДУКТОПРОВОДЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ

Выбор участка для подводного перехода

Одним из главных требований, которые необходимо соблюдать при строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов, является заглубление трубопроводов ниже прогнозируемого профиля размыва русла реки, определяемого на основании материалов инженерных изысканий с учетом возможных деформаций русла в течение 25 лет эксплуатации перехода для траншейного способа строительства и 50 лет – для бестраншейного способа строительства, при использовании способа наклонно-направленного бурения.

При выборе участков перехода важно руководствоваться следующими общими требованиями:

На втором этапе выбирают участки переходов для изысканий и проектирования. Выбор осуществляет комиссия, в состав которой должны входить представители государственных органов по охране природы и рыбных запасов.

Выбор участка для прокладки в одном техническом коридоре нескольких ниток переходов различного назначения должен быть осуществлен особо тщательно, с учетом повышенной экологической опасности при эксплуатации.

Определение створа подводного перехода

Определение створа перехода на участке реки, выбранной комиссией, осуществляет проектная организация после выполнения русловой съемки, инженерных и экологических изысканий.

При соответствующем технико-экономическом обосновании допускается располагать переходы через реки и каналы выше по течению от указанных объектов, при этом должны разрабатываться дополнительные мероприятия, обеспечивающие надежность работы подводных переходов.

Переходы магистральных трубопроводов через реки относятся к категории пассивных гидротехнических сооружений, не предназначенных и не способных влиять на ход развития руслового процесса. Подводные трубопроводы сами подвержены влиянию русловых деформаций и требуют учета характера, темпов, интенсивности и возможного диапазона плановых и глубинных деформаций за период их эксплуатации.

Сложные условия выполнения подводно-технических и строительномонтажных работ на подводном переходе обусловливают высокую стоимость его сооружения. Эти условия могут существенно отличаться не только на различных участках одной реки, но и на разных створах одного и того же участка. Так могут отличаться размеры поймы, поперечные профили створов русла и инженерно-геологические характеристики грунтов, в значительной мере определяющие объемы и стоимость выполняемых земляных работ.

Альтернативные варианты прокладки трубопровода по тому или иному створу или участку перехода могут отличаться не только затратами на непосредственное строительство подводного перехода, но и затратами на сооружение трубопровода на участках, примыкающих к подводному переходу. Последнее обстоятельство может быть обусловлено необходимостью для некоторых вариантов прокладки пересечения стариц и некоторым удлинением трассы. Поэтому вариант сооружения с минимальными затратами перехода на одном участке может быть связан с увеличением стоимости строительства трубопровода на подходе к этому участку. И наоборот, вариант сооружения перехода на другом участке может характеризоваться большими затратами, но уменьшением стоимости строительства трубопровода на подходе к этому участку.

Для выбора оптимального участка и створа перехода может использоваться такой обобщенный критерий, как приведенные затраты. Однако учитывая, что задача носит локальный характер, и различные варианты обычно мало отличаются по длине трассы, в качестве критерия в большинстве случаев можно использовать капитальные затраты на прокладку трубопровода в русловой и пойменных частях перехода, а также на участках, прилегающих к нему.

После проведения камеральных и полевых изысканий при формулировании задачи на генеральном направлении трассы и на подходах к реке можно выявить точки (узлы), через которые может быть проложен трубопровод.

Эти точки могут быть соединены дугами, каждой из которых после анализа условий строительства, может быть поставлена, стоимость сооружения соответствующего участка трубопровода C_ij, где i_j – номера точек (узлов) начала и конца дуги. Задача сводится к нахождению такого пути, соединяющего начальную и конечную точки графа, который соответствовал минимуму суммарных затрат на сооружение трубопровода по этому пути.

Задача является многовариантной и для ее решения можно использовать динамическое программирование, рекуррентные соотношения которого записываются в виде:

Прогноз переформирований русла

Себестоимость строительно-монтажных работ существенно зависит не только от выбора участка и створа перехода, но и от заглубления трубопровода, определяющего объем выполняемых подводных земляных работ. Стоимость выполнения подводных земляных работ достигает 50% от общей стоимости строительства перехода. Причины этого кроются не только в значительной стоимости выполнения единицы объема подводных земляных работ, обусловленной применением дорогостоящей техники, но также и в необходимости выполнения этих работ в больших объемах, что связано со значительной шириной траншеи по дну, достигающей 6 – 10 м, и незначительным заложением откосов, равным иногда 1/3. Объем земляных работ зависит не только от указанных параметров, но и от глубины подводной траншеи, которая может достигать на реках со значительными сезонными и многолетними переформированиями русла 6 м и более.

Тем не менее практика показала, что нередко происходят размывы подводных трубопроводов, заглубленных на 0,5 м ниже прогнозируемого предельного профиля размыва русла реки, определенного с использованием детерминированных методов прогнозирования, базирующихся на совмещении продольных профилей створов и нахождении огибающих этих профилей с учетом развития руслового процесса, описываемого гидроморфологической теорией. Анализ данных эксплуатации подводных трубопроводов показывает, что основной причиной, вызывающей их предаварийное состояние, является переформирование русел и берегов рек, в результате чего размытые участки трубопроводов подвергаются силовому воздействию потока воды.

Для прогнозирования русловых деформаций используют количественные показатели руслового процесса: скорость и направление перемещения гряд, побочней, осередков, излучин, а также изменения высотных отметок русла реки. Количественные показатели устанавливают на основании специальных исследований и сопоставления русловых съемок разных лет. Такие русловые съемки могут быть выполнены в различные моменты времени, в том числе в периоды спокойного развития русла реки, например, в меженный период. Однако существуют периоды, характеризующиеся интенсивным переформированием и значительными береговыми и русловыми деформациями, обусловленными гораздо большей скоростью течения воды. Такие переформирования наблюдаются, например, во время ежегодного весеннего паводка, когда не только возрастают скорости деформаций, но и увеличиваются конечные размеры этих деформаций, в том числе глубины размывов дна реки.

Следует иметь в виду, что кроме относительно засушливых лет, характеризующихся незначительным выпадением атмосферных осадков, меньшим стоком рек и соответственно незначительными деформациями русел рек, в иные годы вследствие выпадения обильных осадков могут происходить наводнения со всеми вытекающими отсюда последствиями, в том числе особо большими размывами берегов и дна рек.

Поэтому прогноз переформирований русла реки, основанный на обработке данных подводной съемки, выполненной в период спокойного развития русла реки, обладает очевидно меньшей достоверностью. Однако любой прогноз переформирования русла, основанный, например, на вероятностном моделировании, учитывающем потенциальную возможность возникновения редких, но значительных по размерам деформаций русла, хотя и будет обеспечивать большую достоверность, но тем не менее не позволит исключить погрешность, так как переформирование русла реки обусловлено посредственно через размеры стока реки погодными условиями, долгосрочное прогнозирование которых не отличается высокой точностью.

Детальный анализ причин, приводящих к переформированию русла реки, довольно сложен и обычно не бывает исчерпывающим. К факторам, в наибольшей мере определяющим характер переформирований русла реки, следует отнести гидрологический режим водотока, зависящий, как уже отмечалось, от выпадения атмосферных осадков и других случайных величин, инженерно-геологические характеристики русла, а также рельеф местности, по которой протекает река. Установление причинно-следственных связей между этими факторами и характеристиками переформирования русла представляет определенные затруднения, что обусловливает целесообразность привлечения для описания процесса переформирования теории случайных функций.

В рамках этой теории описание переформирования русла может быть выполнено различным образом. В простейшем случае, опустив из рассмотрения такие факторы, как время эксплуатации трубопровода и характеристики русла на большом удалении от перехода, поперечный профиль русла реки в створе перехода может быть описан одномерной случайной функцией Z(x). Аргумент х является неслучайной абсциссой точки профиля, а значения ординаты Z будут случайными для одного и того же значения абсциссы и различных моментов времени, обусловленных случайным процессом переформирования русла реки. Функциональные зависимости, описывающие профиль дна реки по створу перехода в различные моменты времени, будем называть реализациями случайной функции.

Источник

Классификации подводных переходов

Подводные переходы магистральных трубопроводов могут значительно отличаться по своей сложности в зависимости от того, какие именно водные преграды придется форсировать. Существуют различные классификации подводных переходов. Одним из основных критериев сложности является ширина и глубина водной преграды, в связи с чем выделяют: малые переходы, шириной в межень до 30 метров и глубиной до 1.5 метров; средние, у которых ширина водного зеркала в межень менее 75 метров; большие, где ширина превышает 75 метров и глубина более 1.5 метров в межень.

При этом учитывается, что внешние границы подводного перехода определяются уровнем воды, который достигается во время паводка до 10 раз в течении течение 100 лет. В ряде случаев проектировщики могут запросить у гидрологов данные по еще более строгой обеспеченности, например, 1 раз в 100 лет.

Существует классификация переходов через реки, учитывающая особенности процессов переноса грунта, виды грунта, слагающего русло реки, характер поведения реки, ее сток, скорость течения, глубину и ширину. Эта классификация делит все реки на четыре категории, из которых четвертая — участки рек, где прокладка подводных переходов либо вообще невозможна, либо не рекомендуется.

Прежде всего это горные реки, реки, где проходят селевые потоки, русло которых отличается крайней неустойчивостью, а глубина переработки дна превышает 2 метра в течении течение одного сезона. Во многих случаях проектировщики либо отказываются от маршрута, ведущего к участкам 4-ой категории сложности, либо рассматривают возможность строительства надводных переходов.

Полной противоположностью являются участки 1-ой категории сложности. Это малые и средние подводные переходы, в местах, где разница между уровнем воды в паводок и межень незначительна, скорость течения не высока, берега устойчивы и опасность размыва трубопровода исключается даже при глубине заложения трубы менее 1 метра и врезки в берег около 5 метров. Однако подобные, простые в проектировании и удобные для строительства участки, встречаются далеко не всегда.

Часто приходится иметь дело с участками более сложной, 2-ой категории, где возможны деформации дна реки на глубину до 2 метров, а на берегах до 10 метров. Это характерно для переходов через средние и крупные реки, которые, однако, не имеют выраженной тенденции к изменению расположения русла.

Участки рек 3-ей категории сложности отягощены значительной переработкой берега — до 100 метров в каждую сторону. Это характерно для рек, которые имеют развитую сеть рукавов, активно меандрируют, то есть имеют развивающиеся излучины. Для этих участков сложно определить максимальную глубину переформирования дна, так как водные потоки активно переносят донные отложения, формируя временные фарватеры и отмели. Обнаженные участки трубопровода в таком случае могут быть повреждены как техногенным путем, например, якорями плавсредств, так и в результате природных процессов — прежде всего ледохода.

Источник

Современные методы строительства ППМН

Проанализированы основные методы строительства подводных переходов магистральных нефтепроводов (ППМН) через естествен- ные и искусственные преграды, указаны преимущества и недостатки каждого из них, а также ограничения в их использовании.

Проанализированы основные методы строительства подводных переходов магистральных нефтепроводов (ППМН) через естественные и искусственные преграды, указаны преимущества и недостатки каждого из них, а также ограничения в их использовании.

Обеспечение стабильного функционирования, надежности и безопасности магистральных нефтепроводов входит в ряд первоочередных задач при их строительстве и эксплуатации любой трубопроводной системы.

С точки зрения эксплуатационной надежности МН к участкам с повышенным риском эксплуатации можно отнести переходы через естественные и искусственные преграды.

Повышенный риск эксплуатации любого подводного перехода по сравнению с основной частью магистрального трубопровода определяется не сколько вероятностью возникновения аварийной ситуации, сколько большими экологическими проблемами и экономическими затратами на устранение ее
последствий.

Сроки ликвидации отказов на ППМН во много раз превышают аналогичные показатели на сухопутной части нефтепроводов, а их ремонт по сложности и затратам сопоставим со строительством нового.
В настоящее время в системе ОАО «АК «Транснефть» эксплуатируется свыше тысячи ППМН общей протяженностью около 2 тыс км (включая пойменные участки).

В мировой практике строительства ППМН наиболее широкое применение получили методы их прокладки, которые условно можно разделить на две группы: траншейные и бестраншейные.

БЕСТРАНШЕЙНЫЕ МЕТОДЫ
В настоящее время широкое распространение получили бестраншейные методы строительства подводных переходов магистральных трубопроводов: наклонно направленное бурение, микротоннелирование, тоннелирование, вантовые и др.
При использовании бестраншейных технологий строительства подводных переходов отсутствуют недостатки традиционных методов, уменьшается неблагоприятное воздействие на окружающую среду, в том числе гидрологию водоемов, повышается надежность трубопровода.

Наклонно направленное бурение Строительство подводных переходов методом наклонно направленного бурения (ННБ), в зависимости от характеристик водных преград, технических характеристик используемых буровых установок, технологии бурения, конструктивных параметров протаскиваемого трубопровода (длины криволинейного участка, диаметра и др.), осуществляется по различным технологическим схемам.

Общими для всех технологических схем являются основные этапы ННБ:
— бурение пилотной скважины;
— расширение скважины в один или несколько приемов в различных направлениях;
— протягивание трубопровода в разрабатываемую скважину.

Данный метод позволяет обеспечить высокую надежность построенного объекта; сохранение природного ландшафта и экологического баланса в месте проведения работ, исключение техногенного воздействия на флору и фауну, размыва берегов и донных отложений водоемов; значительное уменьшение риска аварийных ситуаций и, как следствие, гарантию длительной сохранности трубопроводов в рабочем состоянии.
Применение ННБ имеет ряд ограничений: сложные инженерно-геологические условия, большая протяженность перехода и диаметр укладываемой трубы.
В России были построены единичные переходы протяженностью более 1000 м с диаметром труб не более 1020 мм. Основная масса построенных переходов диаметром труб 1020-1420 мм имеет протяженность не более 500-700 м. Другим ограничением метода ННБ являются сложные геологические условия: галечниковые грунты, грунты с включением валунов, карстовых полостей, скальные, илистые грунты. Эти факторы в совокупности с конструктивными параметрами буровых установок и технологии бурения определяют возможность или невозможность строительства того или иного объекта методом ННБ. Микротоннелирование Метод микротоннелирования (рис. 2) основан на строительстве тоннеля с помощью дистанционного управляемого проходческого щита. Микротоннельный
щит работает из заранее подготовленной стартовой шахты в прямолинейном или криволинейном направлении. Выемка щита производится из приемной шахты.
Преимуществами микротоннелирования (так же как и метода ННБ) является отсутствие отрицательного воздействия на русловые процессы пересекаемой водной преграды; надежная защита руслового участка ППМН 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 предельного размыва русла реки; сохранение экологического баланса в месте проведения работ; отсутствие воздействия на режим судоходства и пр.
Однако микротоннелирование имеет следующие сложности при проходке:
— в трещиноватых доломитах есть большой риск заклинивания трубного става, в связи с относительно высокой прочностью породы и опасностью возникновения неравномерного горного давления;
— на границе перехода из прочных пород в зону карстового образования при малейшем отклонениищита от заданной траектории резко возрастают усилия продавливания всего трубного става (заклинивание), при превышении которых будет происходить разрушение секций трубного става;
— при преодолении карстовых участков возникает большая степень риска отклонения трубного става от проектной траектории прокладки микротоннеля, что повлечет за собой изменение проектного положения и расчетной схемы трубопровода;
— стандартная конструкция труб не предусматривает связи растяжения в стыках, поэтому заклинивание может привести к раскрытиюстыка и прорыва грунта вмикротоннель при проходке в слабых грунтах.
Тоннелирование

При сооружении ППМН тоннельным методом используют щитовую проходку защитного кожуха-обделки, состоящего из отдельных колец, которые, в свою очередь, собираются из блоков- сегментов (или тюбингов) под защитой проходческого щита. Для продвижения проходческого комплекса в конструкции щита предусматриваются щитовые домкраты, которые отталкиваются от каждого вновь собранного кольца обделки, тем самым разрабатывая грунт и освобождая место для монтажа следующего кольца обделки. При проходке тоннеля производится первичное и контрольное нагнетание, в результате которого заполняются возможные трещины и пустоты вокруг обделки тоннеля.
Преимущества тоннельного метода прокладки схожи с преимуществами метода микротоннелирования, но при сравнении этих двух методов оказывается, что у первого отсутствуют недостатки, присущие методу микротоннелирования. Тем не менее негативное воздействие на ППМН окружающего грунта, изменение инженерно-геологических условий, к примеру, образование или развитие карстовых полостей, может нарушить целостность сооружения и привести к серьезным экологическим последствиям. Во избежание возможных негативных последствий требуется разработка специальных мероприятий и технических решений, предотвращающих аварийные ситуации при строительстве и способствующих нормальной эксплуатации сооружения и сохранению окружающей среды.

ФОРСИРУЯ ЛЕНУ
Строительство ППМН ВСТО через р. Лену, а именно способ прокладки перехода, вызвало широкий общественный резонанс. После анализа всех возможных способов прокладки проектировщики выбрали траншейный способ строительства перехода через р. Лену как наиболее апробированный в разных грунтовых условиях и имеющий хорошо отлаженную
технологию строительства.
На подготовительном этапе проектирования ППМН проработали пять вариантов местоположения пересечения нефтепроводом р. Лены. В результате анализа вариантов был принят переход ниже г. Олекминска. Выбор створа перехода в данном месте реки обусловлен несколькими причинами, наиболее существенными из которых являются устойчивость русла, его прямолинейность и симметричная форма поперечного сечения, что свидетельствует об отсутствии условий для изменения положения русла и наилучшей
пропускной способности данного участка.
По результатам геологических изысканий установлено, что особенности геологических пород в пределах русла не позволяют осуществить строительство ППМН бестраншейными методами проходки.
В прибрежной и подрусловой части на глубине 10 м и более отмечено наличие карстовых проявлений, дресвяных и щебенистых грунтов. Проходка микротоннельного щита по сильнотрещиноватым породам создает избыточное давление, что ведет к чрезмерному нагружению и заклиниванию режущего инструмента. Эти же факторы являются ограничениями применения метода наклонно направленного бурения при строительстве данного перехода. Кроме того, отсутствует опыт строительства ППМН бестраншейными методами в данных природно-климатических условиях.
При траншейном методе прокладки трубопровод не попадает в зону карстового поражения, расположенную на глубине ниже 10 м, тем самым исключаются его просадка, оголение и провисы.
Для безопасности эксплуатации ППМН через р. Лену был разработан ряд технических решений:
— применение трубы из стали повышенной прочности с увеличенной толщиной стенки до 29 мм;
— диагностика сварных поперечных швов в объеме 200% радиографическим методом, 100-процентный контроль визуально-измерительным методом и 100-процентный ультразвуковой контроль.
Кроме того, был разработан специальный Регламент технической эксплуатации подводного перехода магистрального нефтепровода ВСТО через р. Лену, в котором определены требования по контролю за техническим состоянием ППМН при эксплуатации и природоохранные мероприятия, в том числе мониторинг состояния водного объекта, атмосферного воздуха и почвы, а также мероприятия, направленные на сохранение растительного сообщества и предотвращение развития возможных опасных экзогенных геологических процессов.

Из вышеизложенного следует, что принятый комплекс инженерно-технических мероприятий при траншейном способе прокладки подводного перехода через р. Лену гарантирует обеспечение экологической и промышленной безопасности эксплуатации нефтепровода в соответствии с требованиями законодательства Российской Федерации. Другие методы строительства подводного перехода в данных геологических условиях не
обеспечивают безопасного производства работ и эксплуатации перехода в дальнейшем.
Проект перехода получил положительное заключение экологической экспертизы, экспертизы промышленной безопасности, Ростехнадзора РФ, а также федеральных и
региональных органов власти.
Таким образом, при проектировании, строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов необходимо уделять особое внимание сооружаемым подводным переходам, учитывать срок их эксплуатации, изменения микроструктуры металла во времени, воздействие циклических нагрузок на изменение физико-механических свойств стали; разрабатывать методы и способы, повышающие надежность ППМН, что увеличит срок их безотказной работы.

Источник