Морські підводні трубопроводи використовуються в основному для транспортування нафти або газу, але можуть використовуватися і для транспортування інших продуктів, наприклад - прісної води.
Розрізняють промислові морські трубопроводи і магістральні морські трубопроводи.
Промислові трубопроводи служать для передачі флюїду (нафти або газу) всередині промислу (викидні лінії. Відвідні лінії) або між промислами. (Міжпромислові трубопровід). Крім того, існують експортні трубопроводи (export pipeline - англ.) Для передачі видобутої сировини в магістральний трубопровід або на накопичувально-відвантажувальний термінал на морській платформі, де відбувається перевантаження сировини на танкери, і імпортні трубопроводи - (import pipeline - англ.) Для подачі до свердловин прісної води, яка потім закачується в пласт для підтримання в ньому необхідного тиску. [1] [2]
Вибір маршруту є найпершим етапом в організації будівництва морського трубопроводу (МТ). Прокладаючи маршрут, по якому потім будуть покладені труби, треба врахувати безліч чинників: від політичних до геологічних і екологічних. Визначення маршруту майбутнього трубопроводу починається з дослідження геологічних карт, повітряної і супутникової фотозйомки, батиметрія, даних по наявності ділянок ведення рибного промислу, а також інформації про судноплавство в районі передбачуваного будівництва.
природні чинники
чотири можливі сценарії взаємодії між газопроводом і морським дном
Взаємодія підводного трубопроводу і морського дна, на яку він спирається (чотири можливі сценарії) (рисунок).
Основний фізичний фактор. який слід враховувати при будівництві МТ - рельєф морського дна. Якщо ділянку дна, за яким прокладається трубопровід, має значні нерівності, то над западинами утворюються безопорний прольоти. які можуть прогинатися під власною вагою аж до деформації або руйнування. Також в довгих безопорний прольотах можуть виникати сильні вібрації під впливом донних течій. Для запобігання подібним явищам, там, де це можливо, перед укладанням трубопроводу проводять вирівнювання дна. Іншими варіантами є застосування донних настилів, відсипання кам'яних берм. установка підпор. [3]
Другим важливим параметром є механічні властивості грунту. Якщо несуча здатність грунту слабка, трубопровід може заглибитися в нього так, що здійснення інспекцій, технічного обслуговування і передбачуваних врізок буде ускладнене або неможливе. З іншого боку, в скелястому морському дні важко прокладати траншею для укладання трубопроводу, а так же воно може пошкодити зовнішнє покриття труби. (Необхідність укладання трубопроводу в траншею може бути викликана низкою причин, наприклад, екзарціей дна морськими льодами).
Інші фізичні фактори. які повинні бути прийняті до уваги до будівництва трубопроводу:
- Динаміка рельєфу дна. піщані хвилі і мегаріфелі. [4] з часом переміщуються, так що, наприклад, трубопровід, прокладений на гребені піщаної хвилі, через деякий час може виявитися в западині. Еволюцію цих об'єктів важко передбачити, так що краще уникати області, в яких вони існують.
- Підводні зсуви. відбуваються на крутих схилах. Можуть бути результатом високих швидкостей седиментації. або бути викликані землетрусами. Викликаний зсувом зсув ґрунту навколо локальної ділянки труби може призвести до її руйнування.
- Течії. Сильні течії перешкоджають прокладання трубопроводу. Наприклад, в мілководній протоці між двома островами можуть бути досить сильні приливні течії. В такому випадку краще прокласти трубопровід в іншому місці, навіть якщо цей альтернативний маршрут довший.
- Хвилі. Хвилі на мілководді також можуть можуть створювати проблеми для укладання трубопроводу. Крім того, загрозу його стабільності створює приливна ерозія дна. З цих причин визначення зони виходу трубопроводу на берег є особливо важливим моментом в процесі планування.
- Льодова обстановка. У замерзаючих водах на мілководді часто спостерігаються льоди, що дрейфують. Вони при переміщенні дряпають (виорюють) дно, і можуть пошкодити покладений на дно або заглиблений неглибоко під дно трубопровід. Так само небезпечним для трубопроводу може бути таке явище, як штрудель - ринула в нього вода може вимити грунт з-під труби, створюючи тим самим безопорний проліт. На ділянках, де є описані ризики, трубопровід необхідно укладати в досить глибокі закриті траншеї.
Техногенні фактори
При плануванні маршруту враховується поточний і прогнозований використання морського дна вздовж передбачуваного маршруту. В тому числі:
- Інші трубопроводи. У місці перетину проектованого трубопроводу з існуючим потрібне застосування спеціальних конструкцій для запобігання їх безпосереднього контакту, або несприятливих гідродинамічних ефектів. Перетин має відбуватися під прямим кутом.
- Риболовецькі судна. У промисловому рибальстві використовуються важкі рибальські трали, що тягнуться за траулером на кілька кілометрів. Ці трали можуть чіплятися за трубопровід.
- Суднові якоря. суднові якоря, потенційно загрозливих для трубопроводів, особливо поблизу гаваней.
- Військові аспекти. У деяких районах морського дна знаходяться морські міни і інші боєприпаси, в тому числі хімічна зброя, що залишилися там після сталася раніше бойових дій або навчань. Крім того, на дні може знаходитися чинне військове обладнання (наприклад, прилади для виявлення підводних човнів). У першому випадку проводяться роботи з розмінування траси, у другому - ділянки, які використовуються військовими, обходяться.
- Затонулі об'єкти. Затонулі судна або інші великі техногенні об'єкти виявляються в ході досліджень передбачуваного маршруту.
Характеристики морського трубопроводу
Діаметр труби морського трубопроводу, як правило, знаходиться в межах від 3 дюймів (76 мм) до 72 дюймів (1800 мм). Товщина стінок - в діапазоні від 10 мм (0,39 дюйма) до 75 мм (3,0 дюйма). Матеріал - сталь, один з основних критеріїв відбору - хороша зварюваність. Від зовнішньої корозії труби зазвичай захищають спеціальними покриттями, такими як бітумна мастика або епоксидної смоли. Додатково використовується катодний захист. Бетон або стекловолонное покриття забезпечує додатковий захист від абразивного зносу. Бетонне покриття служить також для забезпечення негативної плавучості трубопроводу в разі транспортування по ньому речовин з низькою щільністю, таких, як природний газ. Труби, призначені для транспортування нафти, не мають внутрішнього антикорозійного покриття, в разі транспортування речовин, що викликають корозію, труба може бути покрита зсередини епоксидною смолою, поліуретаном, або поліетиленом.
Для чищення і дефектоскопії трубопроводу в процесі експлуатації використовуються "свинки [en]" - спеціальні очисні поршні-скребки та діагностичні зонди.
Будівництво трубопроводів включає в себе дві процедури: збірка труб в батіг, і укладання батогів на дно з їх з'єднанням (зварюванням) між собою. Для укладання морського трубопроводу можуть бути застосовані кілька способів (систем). Вибір системи укладання залежить від природних і екологічних умов, наявності обладнання та фінансів, глибини в місці укладання, довжини і діаметру трубопроводу.
Варіанти будівництва трубопроводу методом буксирування батогів.
Існує чотири основні системи укладання трубопроводу: з буксируванням батогів. укладка по S-подібної кривої. укладка по J-подібної кривої. укладка з барабана.
буксирування батогів
При застосуванні цього способу труби зварюють в довгі батоги на суші, а потім буксирують до місця укладання морськими буксирами. Збірка батогів може здійснюватися як паралельно, так і перпендикулярно берегової лінії. Істотною перевагою системи буксирування батогів є те. що попереднє тестування та огляд лінії відбуваються на суші, а не в морі. Існують чотири різні технології спорудження трубопроводу за допомогою буксирування: [5]
- Поверхнева буксирування. Під час буксирування батоги, з прикріпленими до них спеціальними модулями плавучості, залишаються на поверхні води. При прибутті до місця занурення модулі плавучості від'єднують або заповнюють водою, і батоги опускаються на морське дно. Даний спосіб непридатний при хвилюванні на море і чутливий до течіям.
- Приповерхнева буксирування. Батога буксируються нижче поверхні води. але не глибоко - це послаблює вплив хвиль. Але не набагато - віхи. використовувані для утримання батоги на плаву, все ж підпадають під вплив неспокійного моря.
- Буксирування на середній глибині. При цьому способі потрібно менше модулів плавучості. Батога підвішуються на ланцюгах між двома буксирами, один з яких тягне батіг, а другий - створює натяг. Величина допустимого провисання обмежена глибиною.
- Придонна буксирування. використовуються додаткові обважнювачі у вигляді ланцюгів. Коли ланцюга стосуються дна, їх вага зменшується, і занурення батоги припиняється. Зазвичай при придонному буксируванні батоги переміщаються на відстані 1-2 м від дна.
- Донна буксирування. Трубопровід затоплюють, після чого волоком переміщують по дну. Така технологія використовується тільки при м'якому рівному дні, і тільки на мілководді.
Приклади різних систем укладання трубопроводу: S-lay, J-lay, Reel-lay.
Deep Blue барабанний трубоукладач.
Укладання по S-подібної кривої
При укладанні по S-подібної кривої (S-lay system - англ.) Монтаж трубопроводу проводиться на місці укладання, на борту судна-трубоукладача, де є все необхідне обладнання для зварювання труб, модулі дефектоскопії, установки для нанесення покриття в місці стиків труб, і т. п. Труби та інші необхідні матеріали підвозять транспортними судами по ходу робіт. Труба на судні знаходиться в горизонтальному положенні, потім, за допомогою спеціальної направляючої конструкції - стінгера. згинаючись під власною вагою, опускається на дно, утворюючи опуклу криву (overbend - англ). Перед зустріччю з морським дном труба згинається в зворотну сторону, утворюючи увігнуту криву (sagbend - англ). Для запобігання пошкодження газопроводу внаслідок надмірного вигину при укладанні труба повинна перебувати під постійним натягом. Цей спосіб дуже ефективний і не вимагає особливих додаткових логістичних робіт. Традиційно укладання по S-подібної кривої проводиться в основному на невеликих глибинах (до двох кілометрів). Якщо укладання трубопроводу потрібно перервати, до батоги приварюють герметичну кришку з вушками, і батіг опускають на дно. При поновленні робіт трубоукладач чіпляє заглушку тросом і витягує батіг наверх. [5] [6]
укладка по J-подібної кривої
Укладання по J-подібної кривої (J-lay system - англ.) Застосовують для прокладки трубопроводу на великих глибинах. При застосуванні цієї системи укладання труба на судні знаходиться майже у вертикальному положенні, і так і йде на глибину, згинаючись і переходячи в горизонтальне положення ближче до дна. Таке укладання дозволяє уникнути сильного натягу і подвійного перегину труби, характерного для укладання по S-подібної кривої. В ході прокладки трубопровід може витримувати значні коливання трубоукладача і сильніші підводні течії. Однак, на відміну від системи S-lay, де зварювання труб може здійснюватися одночасно в декількох місцях уздовж палуби судна, в даному випадку можна встановити тільки один зварювальний пост, що уповільнює роботу. [5]
укладка з барабана
При барабанної укладанні (Reel-lay system - англ.) Трубопровід зварюється на суші, і намотується на великий барабан. як правило. близько 20 метрів в діаметрі і 6 метрів в ширину, після чого барабан встановлюють на судно-трубоукладач. Барабан на трубоукладачі в залежності від конструкції судна може бути встановлений як горизонтально, так і вертикально. Деякі трубоукладчики мають можливість заміни барабана на місці проведення робіт, без заходу в порт. Як правило, горизонтальні барабани використовують для укладання труб по S-подібної кривої, а вертикальні - по J-подібної. Довжина труби, яку можна намотати на барабан, залежить від його діаметра, а діаметр, в свою чергу, може перевищувати обсягу приблизно в 450 мм. [5]
Для стабілізації та захисту підводних трубопроводів і їх компонентів використовуються наступні методи:
закриті траншеї
Для захисту трубопроводу від якорів, тралів, течій і плавучих льодів його занурюють в траншею, після чого її закопують. Траншея може бути викопана до укладання в неї труби, або після укладання. В останньому випадку, траншеєкопач рухається уздовж трубопроводу. Для прокладки систем використовується кілька способів:
- Гідророзмив. Процес видалення ґрунту з-під труби струменем води під високим тиском.
- Механічна різка. використовуються ланцюга або ріжучі диски для видалення з-під трубопроводу твердих грунтів, в тому числі каменів.
- Виорювання. Траншея виорюють спеціальним траншейним плугом.
- Виїмка грунту спецтехнікою. На мілководді траншею можна прокопати з допоможемо земснаряда або екскаватора.
Засипають траншеї або щебенем з спеціальних судів, або грунтом, вийнятим при прокладці траншеї. Істотним недоліком укладання трубопроводу в закриту траншею є утруднення зовнішнього огляду труб та визначення місця витоку.
Мати можуть бути прокладені як під трубопроводом, так і над ним, в залежності від грунту.
- Мати "Frond Mats" компанії Seabed Scour Control Systems, сприяють накопиченню піску, подібно морським водоростям. Їх використовують для запобігання вимивання грунту. [7]
- Бетонні мати застосовуються для утримання трубопроводу на місці і зменшення вимивання. Як правило, виготовлені з великої кількості блоків, з'єднаних між собою сталевий шірокоячеістой сіткою.
- Комбіновані мати - бетонні мати з прикріпленими зверху матами "Frond Mats".
грунтові анкери
На трубопровід надягають спеціальні хомути, що притягають його до дна за допомогою гвинтових анкерів. [8]
обважнювачі
Застосовуються сідлові або охоплюють обважнювачі, що виготовляються з чавуну або залізобетону. [9]
Мішки з баластом
Мішки з піщано-цементною сумішшю або щебенем можуть бути покладені як під трубопроводами, так і по його сторонам для забезпечення вертикальної або бічної підтримки.
Насипка щебеню
Для зменшення розмиву і утримання від бокового зсуву деякі ділянки трубопроводу можуть бути засипані гравієм.