Морская нефть. Трубопроводный транспорт и переработка продукции сква
.pdfОсновные требования, предъявляемые к судну «Solitaire»:
•обеспечивать скорость укладки, равную 4,8 км/сут, для труб большого диаметра;
•сохранять работоспособность в неблагоприятных погодных условиях;
•соответствовать строгим требованиям к предельно допустимым нагруз кам на трубы и напряжениям в них, что позволяет создавать высокие растягивающие нагрузки;
•соответствовать высокому уровню эксплуатационной безопасности;
•развивать скорость плавания до 27 км/ч для выполнения операций в раз личных районах мира.
Принятая концепция требует наличия многочисленных сварочных постов,
чтобы создать длинный подвижный участок фронта трубопроводных работ. Поэтому судно имеет длину 290 м с дополнительной длиной стингера 65 м.
Практика показала, что плавсредство с обводами судового типа, харак теризуемое высоким (20 с) периодом бортовой качки в сочетании с превос ходными показателями килевой качки (благодаря значительной длине), име ет улучшенную работоспособность. С учетом большой мощности системы динамического позиционирования перечисленные факторы обеспечивают общую работоспособность, по меньшей мере такую же, как у полупогружной трубоукладочной баржи.
Дополнительными достоинствами обводов судового типа являются за щита транспортера для труб с подветренной стороны и повышенная грузо подъемность. Кроме того, плавсредство с обводами судового типа может совершать переходы с высокой скоростью, что делает доступными для него любые географические районы.
Для укладки труб большого диаметра в глубоких водах судно оснащено четырьмя натяжными устройствами, каждое развивает усилие 1 МН. При не обходимости могут быть установлены дополнительные натяжные устройства.
Преимущества динамически позиционируемого трубоукладочного судна:
•отсутствие какой-либо опасности повреждения существующих подвод ных кабелей и трубопроводов;
•меньшие взаимные помехи в случае проведения других операций вбли зи платформ;
•возможность работы в пределах зоны расстановки якорей буровых уста новок и заякоренных судов;
•гибкость в выборе мест спуска и укладки труб на дно;
•быстрый спуск и укладка труб на дно;
•быстрое прекращение работ в случае ухудшения погодных условий;
•никаких простоев из-за ограничений в расстановке якорей при неблаго приятных погодных условиях;
•сокращение простоев в результате механических повреждений;
•возможность работы при непрерывной вертикальной качке в процессе трубоукладочных операций.
Постоянное периодически создаваемое тяговое усилие на плеть длиной 24 м
(длина двух линий) считается безопасным методом, обеспечивающим эконо мию времени и топлива и сокращающим механический износ. Тем не менее сварочное оборудование должно периодически пересекать трубные опоры, если судно движется непрерывно. Проблема может быть решена применени ем периодически отводимых трубных опор, перемещением таких опор или, как на судне «Solitaire», созданием подвижного участка фронта трубопровод ных работ, который остается стационарным относительно труб во время цик ла сварки, но перемещается по отношению к судну. После прохода плети дли ной 24 м такой подвижный участок быстро возвращается в исходную точку.
Недостатком динамического позиционирования является глубокая осад ка судна, оснащенного азимутальным движителем, находящимся примерно в 4 м ниже киля; подход к берегу невозможен, так как требуется глубина воды не менее 15 м. По сравнению с оснащением судна съемными движителями
исистемой заякоривания более экономичным и практически выполнимым считается использование небольшой баржи с малой осадкой, оптимизиро ванной для буксировки трубоукладочного судна к берегу.
Компания «Taylay Diving» в 1971 г. ввела в эксплуатацию баржу «Whitten>, предназначенную для укладки и ремонта подводных трубопроводов (рис. 39) [54]. Баржа длиной 87 м и шириной 21м имеет экипаж из 75 чело век, состоящий из водолазов, инженеров и специалистов по подводным ра ботам. Оборудование баржи включает систему жизнеобеспечения под водой
иустройство для выравнивания подводных трубопроводов. Система жиз необеспечения позволяет водолазам работать на глубине в течение 5...6 ч без учета времени на декомпрессию. Основными элементами системы явля ются: трехсекционная палубная декомпрессионная камера, погружная водо лазная камера с механизмами для ее спуска и подъема, контрольная рубка для управления работой системы жизнеобеспечения.
Баржа с барабаном (рис. 40) [8] отличается от других судов тем, что полностью готовый к укладке (сваренный, изолированный и прошедший гидравлические испытания) трубопровод наматывается на барабан, нахо дящийся на ее палубе.
Впроцессе свертывания труба протаскивается через направляющие ро лики, имеющиеся на барабане, который приводится во вращение зубчатым колесом. При развертывании натяжение в трубах создается специальным натяжным механизмом, выпрямление происходит при прохождении труб между направляющими роликами, размещенными так, чтобы труба остава лась практически прямой при выходе из заднего барабана (рис. 41) [8].
Рисунок 39 — Схема трубоукладочной баржи:
1 — система полного насыщения и декомпрессии; 2 — управление рамой и подводной камерой;
3 — шланг к кессону; 4 — шланг к подводной камере; 5 — трос к кессону; 6 — кессон; 7 — шланги для подачи воздуха, воды и гидроприводной системы; 8 — шланг к раме; 9 — центровочная рама; 10 — подводная камера
Рисунок 40 — Баржа с барабаном:
1 — трубопровод; 2 — выпрямляющий механизм; 3 — край; 4 — судно; 5 — барабан
Во время этих операций труба испытывает пластические деформации от изгибных напряжений и контактного давления, в результате чего она при нимает некоторую овальность. Диаметр барабана зависит от допустимой пластической деформации. Соотношение между диаметром барабана и диа метром трубы равно 30.. .40 [8].
J |
г |
i |
Рисунок 41 — Выпрямляющий механизм:
1 — привод гусеничного механизма; 2 — индикаторы контроля кривизны механизма; 3 — гидродомкрат для
прижатия гусеницы; 4 — выпрямляющий гусеничный
механизм; 5,8 — направляющий ролик; 6 — трубопро
вод; 7 — гусеничный механизм для протаскивания; 9 — рама
Укладка с барабана позво ляет опускать трубопровод в воду под углом, близким к прямому, что позволяет обходиться без стингера. Скорость укладки трубопро вода с таких барж достигает 20 км/сут.
Американской компани ей «Fluor Ocean Services» на основе использования специ альной трубогибочной уста новки, с помощью которой на берегу осуществляется'на вивка предварительно сварен ных труб на барабан-кассету, а в море обратная операция - сматывание трубопровода с кассеты и укладка его на дно, разработана специаль ная трубоукладочная баржа «Fluor RB-2» (рис. 42) [54].
Рисунок 42 — Трубоукладочная баржа «Fluor RB-2»:
1 — поворотный кран; 2 — барабан-кассета; 3 — роликовые опоры; 4 — натяжное устройство; 5 — выпрямляющее устройство; 6 — контрольный пост
Судно может укладывать трубопроводы диаметром от 100 до 400 мм, предварительно сваренными плетями длиной от 11 до 80 км.
Вконструкции судна использованы некоторые запатентованные изоб ретения, внедренные на построенной в 1970 г. несамоходной барабанной трубоукладочной барже меньших размеров - «Chicasso».
Вотличие от «Chicasso», новое судно может передвигаться к месту уклад ки подводного трубопровода в любом районе земного шара с крейсерской скоростью 23 км/ч. Когда судно уже находится на месте производства работ, оно, перемещаясь, может сматывать с барабана трубопровод, спуская его
скормы со скоростью от 2,8 до 3,7 км/ч.
Полная длина укладочного судна 122 м, ширина 21,5 м. Оборудованное двумя винтами и приводом от двух дизельных двигателей общей мощностью 5400 кВт оно обладает радиусом плавания 800 км.
Его барабан, вращаясь на горизонтальной оси, подает трубопровод на стапель с регулируемым уклоном, снабженный гидроприводным выпрями телем труб. При подъеме стапеля на максимальную высоту судно может укладывать трубопроводы диаметром 400 мм на морских участках Шубиной до 600 м и трубопроводы меньшего диаметра на глубинах до 900 м.
Высота барабана 25,3 м, диаметр ступицы 16,5 м, ширина между на ружными фланцами 6,7 м. Он сможет нести на себе до 1800т труб, что со ответствует 80 км труб диаметром 100 мм; 48,8 км труб диаметром 150 мм; 31,7 км труб диаметром 200 мм; 16,4 км труб диаметром 300 мм; 9,2 км труб диаметром 400 мм. Судно может везти также различные сочетания труб раз ных диаметров.
На палубе судна установлены две якорные лебедки с 2 тыс. м якорного троса диаметром 50 мм, два якоря массой по 13,6 т для носа и два якоря массой по 9 т для кормы, два поворотных крана грузоподъемностью по 41 т со стре лами длиной 30 м, передвижной кран грузоподъемностью 180 т со стрелой длиной 33,5 м и лебедка для подъема трубы со дна с тяговым усилием 136 т.
Центровка, сварка, изоляция труб, и намотка трубопровода на барабан производятся на берегу, а затем трубопровод, намотанный на барабан, пере возится на судне к месту укладки. Единственные сварочные работы, которые надо выполнить на месте укладки, — это приварка новой плети к концу уже уложенной или наварка заглушки на конец плети трубопровода перед спуском.
Для операций с трубопроводом на «Apache» установлены барабан, гидрав лическая система, трубопроводный стапель, выпрямитель трубопровода, на тяжное устройство, зажим для центровки захлестов, трубный центратор, система спуска и подъема конца трубопровода, платформы и приборы для измерения угла изгиба трубопровода, натяжения и скорости. Платформы раз-
мещены на кормовом стапеле и используются для сварки захлестов, просве чивания швов гамма-лучами, нанесения изоляции на швы и прикрепления к трубопроводу протекторов.
Натяжное устройство состоит из двух вращающихся в противополож ных направлениях шкивов, каждый из которых приводится двумя гидрав лическими двигателями. Оно создает натяжение, необходимое для намотки трубопровода на барабан, а также развивает натяжение величиной 360 кН, дополняющее натяжение, создаваемое барабаном, при некоторых операциях укладки. Максимальное натяжение, создаваемое барабаном, - 900 кН.
Среди преимуществ нового судна - возможность укладки трубопрово дов на глубинах 300...600 м. Динамическое закрепление судна устраняет необходимость в обычном заякоривании, а кормовой стапель с регулируе мым уклоном позволяет спускать трубопровод в воду под углом от 18 до 60° к горизонтальной плоскости.
Значение возможности спуска трубы в воду под большим углом может быть проиллюстрировано на примере укладки трубопровода диаметром 300 мм на глубину 300 м. Если угол между стапелем и поверхностью воды 20°, то необходимое натяжение составит около 1200 кН. Увеличение угла до 40° снизит необходимое натяжение примерно до 300 кН. При 60° натяжение уменьшается до 150 кН. Этот больший угол входа позволяет сооружать тру бопровод с меньшим натяжением, что, в свою очередь, увеличивает возмож ную глубину укладки трубопровода. Большой угол входа также уменьшает напряжение изгиба и устраняет потребность в стингере.
Способное к круглогодичным работам в условиях Северного моря судно сможет укладывать трубопровод в короткие промежутки между штормами почти в любом месте океана. Согласно проекту, судно способно сооружать трубопровод при сочетании бортовой качки на 5° в каждую сторону, килевой качки на 5° и волн высотой 1,8 м с периодом 12 с.
При использовании главного и одного или нескольких транспортабель ных барабанов судно может укладывать трубопроводы пучками. Типичный пучок, например, может состоять из одного трубопровода диаметром 200 мм, сматываемого с главного барабана, и трубопроводов диаметром 100 и 50 мм, сматываемых с отдельных транспортабельных барабанов. Трубопроводы предполагается связывать вместе на кормовом стапеле, а затем укладывать единым пучком.
2.3. Строительство трубопроводов в ледовых условиях
Шельф группы морей России находится в Арктике с исключительно су ровыми климатическими и ледовыми условиями [8]. Продолжительность ледового периода составляет 6 месяцев и более, а в некоторых районах це-