книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин

трассы осуществляют два-три буксирных судна. При этом натяжение якорной линии уменьшается до минимального, буксир с помощью буйрепа, присо­ единенного на дне к якорю, а на поверхности к плавающему бую, подрывает якорь и перемещает его вперед вдоль трассы трубопровода. Затем якорные тросы вновь натягиваются, и перемещение судна продолжается. Таким об­ разом, при перекладке якорей лишь половина из них удерживает судно от перемещений.

Из-за сложности ручного управления якорной системой при перестановке якорей, особенно при воздействии ветра и волн, было предложено использо­ вать автоматическое управление с применением ЭВМ. Нередко применяли якорные канаты с тяжелыми цепями на дне и легкими синтетическими кана­ тами наверху, что уменьшало смещение судна. Появились якоря новых типов, способные без риска их подрыва выдерживать определенные вертикальные нагрузки. Для уменьшения перемещения судна под действием внешних на­ грузок можно было применять автоматически регулируемые лебедки, которые травят или навивают канат при нежелательных смещениях судна.

При работе в слабых и скальных грунтах могла возникнуть проблема обеспечения сцепления якоря с грунтом, которая в прибрежных районах для скальных грунтов решалась путем бурения отверстия под якорь.

Помимо якорной системы удержания в начале 80-х гг. XX в. начали приме­ нять динамическую систему позиционирования. Для этого трубоукладочное судно оборудовали системой движителей, позволяющих быстро менять их направление и силу упора при изменении внешней нагрузки. Такими движи­ телями моши быть обычные винты, имеющие горизонтальную ось, которая поворачивалась на специальной рулевой колонке, или вертикально-осевые (крыльчатые) движители, обладающие высокой маневренностью. Энергию движители получали от судовой электростанции. Управление движителя­ ми осуществлялось с помощью ЭВМ, а контроль за отклонением от трас­ сы — с помощью гидроакустической системы с длинной базисной линией, гирокомпаса и авторулевого. Следует заметить, что тяга движителя могла достигать 140-180 Н на 1 кВт мощности. Это потребовало, например, для удержания баржи размером 150 х 30 м мощности 8-12 тыс. кВт.

Динамическая система позволяла отказаться от громоздкой якорной сис­ темы и необходимости использования буксирных судов для перестановки якорей, повысить надежность маневрирования судна, осуществлять укладку трубопровода на большей глубине.

Можно было использовать комбинированную систему удержания, при ко­ торой на судне одновременно устанавливали и якоря, и движители, снимаю­ щие пиковые нагрузки на якорные канаты и уравновешивающие поперечные силы, действующие на судно.

Для сохранения правильного движения судна-трубоукладчика вдоль трассы трубопровода необходимо было точно определить его местоположение в море. Это осуществлялось с помощью радиогеодезических систем, действие кото­ рых основывается на измерении разницы расстояния от двух или трех источ­ ников радиосигналов. На берегу или на постоянных платформах с известными географическими координатами располагали две-три излучающие станции

свысокочастотным или низкочастотным излучением. Приемник, установлен­ ный на судне, регистрировал сигнал и определял координаты судна в море.

Точность всех радиогеодезических систем с удалением от места установки излучающей станции снижалась, поэтому часто применялась система при­ вязки объектов при помощи искусственных спутников Земли, не требующих установки береговых станций и работающих на любом удалении от берега

сотносительно высокой точностью.

Для определения отклонения судна-трубоукладчика от трассы могли быть использованы гидроакустические системы с короткой и длинной базисными линиями. Работа гидролокатора основана на определении расстояния в сети акустических передатчиков и приемников с известной геометрией, напри­ мер с треугольной базой. Для системы с короткой базисной линией эта сеть располагается под судном, и положение судна по отношению к сигнальному передатчику, расположенному на морском дне, определяется путем измере­ ния расстояния или выявления направления. На дне моря располагали один акустический буй с независимым питанием, а на дне судна — три-четыре приемных гидрофона. Точность данной системы — 1-2 % от глубины воды.

Всистемах длинной базисной линии использовали координационную сеть из трех и более импульсных буев, расположенных вдоль трассы трубопрово­ да на определенном расстоянии. Стандартная частота импульсов 10-100 Гц, высокие частоты дают большую точность, но меньший диапазон.

Дополнительными средствами для определения местоположения судна служили судовая навигационная система с компасом, эхолот, визуальная об­ сервация по береговым (или на платформе) объектам.

Вконце 70-х гг. на озере Эри производились работы по укладке системы подводных трубопроводов. Озеро Эри в зимний период покрывается льдом

собразованием торосов, которые могут способствовать эрозии дна, причем

глубина борозд на дне может достигать более 1 м.

Компанией «Консьюмерс гэс» из города Торонто, Канада, осуществлена укладка 70-километровой системы подводных трубопроводов в западной и центральной частях озера Эри. Стальные трубы с полипропиленовым по­ крытием были уложены секциями с барабана вмещающего 10 км трубопро­ вода диаметром 25,4 мм. Монтаж такой системы являлся первой из операций в Канаде по непрерывной подводной укладке трубопроводов большой прогя-

низколегированных стальных спиральношовных труб, служащих для управ­ ления работой кранов и закачки метанола в газовые скважины.

Глубина залегания трубопроводов определялась из условия возможного повреждения трубопроводов дрейфующими торосами. На озере Эри борозды от воздействия торосов имели следующие характеристики: глубина до 1,5 м, ширина — 60-100 м; длина — 4,5-6 км при глубине воды 10-25 м. Исходя из этих параметров глубина заглубления трубопроводов была более 1,5 м.

Для предупреждения образования гидратов в газосборной системе ком­ пания «Консыомерс гэс» осуществила прокладку метанольной линии протя­ женностью 50 км от газоперерабатывающей установки до головок скважин. В каждую скважину закачивались небольшие объемы метанола с добавкой ингибитора коррозии. Компания считала, что для успешной борьбы с гидра­ тами достаточно ежесуточно закачивать в систему 170 л метанола.

Второй трубопровод из наматываемых на барабан труб, уложенный па­ раллельно технологическому газопроводу, служил в качестве гидравличес­ кой системы для подачи биорасщепляющей жидкости к исполнительным механизмам двух 152-миллиметровых гидравлических кранов типа «Отис». Краны установлены на расстоянии 19 км от берега, в месте, где трубопровод диаметром 152 мм соединяется со трубопроводом 0102 мм. При возникнове­ нии той или иной неисправности в трубопроводах исполнительные механиз­ мы приводят в действие краны, которые перекрывают газосборную систему.

Третий трубопровод (вторая система управления) был уложен ниже дна озера на 1,8 м и обеспечивал подачу гидравлической жидкости к крану 0152 мм, установленному на трубопроводе большего диаметра на расстоя­ нии 800 м от берега. Дистанционное управление работой трех гидравлических кранов осуществлялось с газоперерабатывающей установки.

Наматываемые на барабан трубы диаметром 25,4 мм для всех трех тру­ бопроводов были изготовлены из стали марки R-50 производства компании «Рипаблик стил корп.».

Строительство газосборпой системы с последующим соединением ее с газовыми скважинами, пробуренными ранее в течение четырехлетнего периода, производилось летом 1978 г. Системы гидравлического управления и линия закачки метанола были смонтированы в 1979 г., после завершения строительства газосборных линий.

Компании «Рипаблик стил» и «Консыомерс» провели серию испытаний трубопроводов на герметичность, а также проверку качества изоляции. Пе­ ред нанесением полипропиленового покрытия трубопровод был подвергнут гидравлическому испытанию на давление 55 МПа на установке кампании «Рипаблик» в Элирии, пгг. Огайо. Затем изолированные трубы доставлялись секциями длиной 106 м на базу компании «Консьюмерс гэс» в Порт-Стэнли,

пров. Онтарио. В Порт-Стэнли трубные секции погружались на трейлер, оборудованный правильным станком, и доставлялись на травянистое поле длиной 400 м. Концы труб подготавливались под сварку и центрировались с помощью простой струбцины, изготовленной из зажимных тисков. После центровки концы труб сваривались встык. Перед нанесением изолирующей ленты «Поликен» швы в течение 10 мин подвергались охлаждению. Сотруд­ ники «Консьюмерс» с помощью аппаратуры, смонтированной на легковом джипе, производили испытание всего трубопровода с целью обнаружения повреждений на поверхности изоляции.

После сварки и нанесения изоляции готовый трубопровод наматывался на барабан шириной 2,5 м, специально сконструированный и изготовленный для производства операций по укладке трубопровода компанией «Юни-Флекс риг.». Барабан монтировался на салазках и вмещал 10 км наматываемого стального изолированного трубопровода диаметром 25,4 мм. Масса намо­ танного трубопровода составляла 11,4 т. Наружный диаметр барабана был равен 1575 мм. Барабан приводился в движение с помощью гидравлического двигателя. Для полной намотки трубопровода на барабан требовалось 13 ч. Трубопровод наматывался на барабан ровно, при этом центровка витков производилась с помощью направляющего ролика с ручным указателем по­ ложения. Полностью намотанная барабанная установка транспортировалась на трейлере на гусеничном ходу к зафрахтованной барже, находящейся на якоре в Порт-оф-Эрис.

Для укладки трубопровода использовались две баржи. Ведущее судно или подводная лодка, оснащенная электронным навигационным оборудова­ нием, производили разметку скважин и служили визуальным ориентиром для трубоукладочной баржи. Стальной изолированный трубопровод, имевший отрицательную плавучесть, укладывался параллельно транспортному газо­ проводу. Якорь, прикрепленный к тросу длиной 90 м, соединялся с концом трубопровода с помощью зажима Келлама. К тросу также прикреплялась система маркирующих буйков. По мере подъема якоря трубопровод разматы­ вался с барабана, проходил через ряд роликов и опускался в воду. Как только рабочее судно завершало проход от одной скважины до другой, трубопровод разрезался и опускался на дно около головки скважины. Водолазы, находя­ щиеся на втором судне, поднимали якорь с первой скважины, возвращая его на судно у следующей скважины. Затем якорь и трос вновь присоединяли к трубопроводу, рабочее судно перемещалось к третьей скважине, и процесс повторялся. После укладки трубопровода подводную лодку оснащали свароч­ ным оборудованием. Концы труб поднимали на судно и к ним монтировались фланцы. Затем водолазы производили укладку на дно заранее смонтирован­ ных секций трубопровода, соединяя в единую линию всю систему. Перед

окончательным подключением скважин трубопровод продували и испытыва­ ли на герметичность под давлением 8,7 МПа в течение 24 ч.

В 1979 г. компанией «Поларгэс» была проведена оценкачетырех возможных V-образных трасс газопровода. С учетом конечной трассы общая протяжен­ ность газопровода должна была составить 4800 км до места его соединения

сдействующей системой «Транс-Канада пайплайн» в южной части Канады. Предполагалось, что первая из возможных трасс газопровода будет прохо­ дить вдоль долины реки Маккензи и далее севернее г. Калгари до соединения

сТрансканадским газопроводом у границы провинции Альберта, а вторая — восточнее Франклинских гор до границы провинций Альберта и Саскачеван. Третья трасса газопровода протянется в юго-восточном направлении через районы Северо-Западной территории до г. Виннипега. Четвертая «прямая» трасса пойдет восточнее Большого Медвежьего озера до Лонглака в северной части провинции Онтарио (рис. 2.5).

Все трассы должны иметь общий отвод от арктических островов, включаю­ щий два отдельных морских перехода. Независимо от выбора окончательной трассы газопровода, зависящего от множества технических, экологических, социальных и экономических факторов, строительство наземных участков газопровода предполагалось вести обычными методами. Газопровод на своем протяжении должен был пересекать зоны вечной мерзлоты и обычного грунта, реки и торные районы. Для предотвращения оттаивания почвы вокруггазопро­ вода в районе вечной мерзлоты на Крайнем Севере газ необходимо транспор­ тировать в охлажденном виде, при температуре ниже точки замерзания воды.

Усеверного конца трубопроводной системы планировалось два отвода. Первый соединялся с газовый месторождением дельты реки Маккензи, вто­ рой — связывал газовые месторождения арктических островов с канадским материком. Отвод к арктическим островам требовал сооружения двух мор­ ских переходов; более короткий — через пролив Долфин-энд-Юнион — имел ширину 120 м. В зимнее время пролив покрыт льдом, летом он свободен ото льда, и поэтому в такие месяцы для укладки трубопровода можно использо­ вать трубоукладочные баржи или баржи с тяговыми лебедками.

Другой пролив Мак-Клур расположен севернее, имеет значительную глубину и большую часть года покрыт льдом. Поэтому сооружение перехода здесь сопряжено с серьезными проблемами. В этом проливе, ширина кото­ рого 122 км, компанией «Полар гэс» намечена укладка двух трубопроводов диаметром 914 мм на глубине около 490 м.

Укладка трубопровода может осуществляться весной с поверхности льда, средняя толщина которого составляет 3 м. Световой период в это время года приближается к 24 ч. Поверхность льда, хотя и неровная, но вполне проходи­ ма для строительной техники, что также весьма важно.

При планировании строительства этого морского перехода учитывали погодные условия. Самая низкая среднемесячная температура была зарегист­ рирована в феврале и составляла -37 °С. Ветры дуют в основном с северозапада и достигают средней скорости 19,3 км/ч.

При сооружении переходов методы строительства существенно не от­ личаются от обычной технологии работ при укладке морских трубопрово­ дов, она лишь несколько изменена в связи с конкретными условиями за­ лива Мак-Клур. К 1979 г. технология укладки подводных трубопроводов значительно улучшилась. Так, в Средиземном море трубопроводы соору­ жали на очень больших глубинах. Погружение трубопроводов осуществля­ лось на глубину более 490 м, их механическое соединение — на глубине до 450 м.

В условиях Арктики компанией «Панарктик ойл» осуществлено подвод­ ное бурение газовой скважины «Дрейк Ф-76», что подтвердило техническую осуществимость укладки трубопроводов и методов их соединения. Иссле­ дования и научные разработки специалистов показывали, что сооружение морских переходов является вполне правомерным, практичным и технически осуществимым. Однако необходимы дальнейшие исследования для усовер­ шенствования некоторых технических методов. Кроме того, нужны демонс­ трационные испытания перед началом строительства.

Для сооружения трубопровода через пролив компанией «Полар гэс» пред­ лагался «метод укладки трубопровода на дно протаскиванием через ледовый остров», потребовавший вырезки во льду галошного открытого котлована от острова Мелвилл до острова Виктория. Так как толщина льда в проливе МакКлур от 1,8 до 12 м, то в нем невозможно было вырубить один непрерывный котлован. Поэтому был разработан модифицированный метод сооружения подводного трубопровода, получивший название «метод укладки трубопро­ вода на дно протаскиванием через ледовую скважину». При этом трубные плети протаскиваются к месту укладки на дно с помощью тросов, намотан­ ных на тяговые лебедки, монтируемые на льду над заранее вырубленными прямоугольными скважинами. Перед тем как приступить к протаскиванию трубопровода, во льду вырубаются две скважины, находящиеся на расстоя­ нии 1,9 км одна от другой. Линия из ледовых скважин протягивается от бере­ га к берегу через весь пролив. У каждой ледовой скважины устанавливается специальная изолированная подкладка с охлажденными трубами, чтобы пре­ дотвратить размерзание льда вокруг скважины в ходе строительства и воз­ можность образования воды.

Каждая натяжная станция состоит из пары тяговых лебедок, устанавли­ ваемых на расстоянии 90 м одна от другой. Для укладки одной нитки трубо­ провода через пролив требуется три пары тяговых лебедок (рис. 2.6).

Такая последовательность операций повторяется до тех пор, пока все ко­ лонны труб не будут уложены на дно канала. Тяговые лебедки для тросов имеют три характерные особенности. Первая особенность в том, что в них используется захватная лебедка для линейного троса, позволяющая ему разматываться подо льдом одновременно с буксировкой. Захватную лебед­ ку применяют также для спуска тягового троса на дно после протаскивания определенной секции троса. Вторая особенность лебедки — в применении специальных комбинированных блоков, позволяющих управлять как тросом, так и соединительными муфтами без дополнительной помощи. Эти блоки направляют трос вверх через ледовую скважину к первой захватной лебедке, поворачивают его на угол 180°, опускают его снова в скважину и направля­ ют далее иод лед. Третья особенность лебедки в использовании большого гидравлического цилиндра с ограничителем хода троса для управления его работой у соединительной муфты. Гидроцилиндр необходим, чтобы освобо­ дить трос от тяговой лебедки перед спуском его в скважину. Для ослабления необходимого усилия натяжения оба конца трубной колонны должны быть герметизированы для того, чтобы использовать преимущества положитель­ ной плавучести и тем самым снизить силу лобового сопротивления.

Тяговое усилие каждой лебедки имеет 1500 кН, а двух лебедок, работаю­ щих вместе, — 3000 кН. Суммарное усилие двух тяговых лебедок необхо­ димо для преодоления начального лобового сопротивления около 2200 кН, возникающего при перемещении обычной колонны труб и тягового троса.

После спуска колонн труб на дно их необходимо соединить вместе. Ком­ панией «Полар гэс» предусматривались два возможных метода сварки труб на морском дне: сварка под атмосферным давлением и сварка под сверхвысоким давлением. При сварке под сверхвысоким давлением период декомпрессии сварщиков составляет почти две недели, что удлинит продолжительность строительства. Так как темп работ весьма важный фактор, то метод сварки труб под сверхвысоким давлением менее эффективен для глубоководной укладки трубопровода в условиях Арктики. Сварка под обычным атмосфер­ ным давлением не требует никакой декомпрессии сварщиков. Работа про­ исходит под нормальным давлением внутри аппарата, устанавливаемого на двух соседних концах труб на морском дне. Учитывая глубину дна в проливе Мак-Клур, компания «Полар гэс» отдает предпочтение методу сварки под атмосферным давлением. Сварочные работы, однако, требуют выполнения ряда подготовительных операций. На первом этапе требуется удалить с двух труб бетонную оболочку в месте, где они будут вначале разрезаться, а затем свариваться. Следующий этап предусматривает отрезание концов труб на определенную длину и установку на обоих концах кранов. Затем трубы под­ вергаются центровке и на оба их конца опускаются разъемные полусферы.