Скачать

Прокладка нефтепровода через водные преграды

1. Организационный раздел

1.1 Способы прокладки нефтепровода через водное препятствие

1.2 Способы прокола

1.3 Способ продавливания

2. Технологический раздел

2.1 Технология работы земснаряда

3. Конструкторский раздел

Заключение

Список использованных источников

Введение

В настоящее время география нефтеперерабатывающей промышленности не всегда совпадает с районами ее переработки. Поэтому задачи транспортировки нефти привели к созданию большой сети нефтепроводов. По размеру грузооборота нефтепроводный транспорт в 2,5 раза превзошел железнодорожный в части перевозок нефти и нефтепродуктов.

На железной дороге основной поток нефти образуется в Западной Сибири и Поволжье. Из Западной Сибири нефть по железной дороге транспортируется на Дальний Восток, Южный Урал и страны центральной Азии. Из Урала нефть везут на Запад, Северный Кавказ и Новороссийск.

Транспортировка нефти водным путем обходится дешевле и экономичней других видов транспортировки, однако из-за географических особенностей нашей страны используется мало, в основном при перевозки нефти на экспорт, а также по внутренним бассейнам страны (Ленский, Амурский) и северному морскому пути.

Трубопроводы - наиболее эффективное средство транспортировки нефти (исключая морские перевозки танкерами). Пропускная способность нефтепровода диаметром 1200 мм составляет 80-90 млн. т в год при скорости движения потока нефти 10-12 км/ч.

Трубопроводный транспорт является важной подотраслью нефтяной промышленности. На сегодняшний день сформировалась развитая сеть магистральных нефтепроводов, которая обеспечивает поставку более 95% всей добываемой нефти при средней дальности перекачки 2300 км. В целом вся сеть нефтепроводов представлена двумя неравными по значимости и условиям управления группами объектов: внутрирегиональными, межобластными и системой дальних транзитных нефтепроводов. Первые обеспечивают индивидуальные связи промыслов и заводов, вторые - интегрируют потоки нефти, обезличивая ее конкретного владельца. Связывая очень большое число нефтедобывающих предприятий одновременно со многими нефтеперерабатывающими заводами и экспортными терминалами, нефтепроводы этой группы образуют технологически связную сеть единый объект экономического и режимного управления, которая получила название системы дальних транзитных нефтепроводов и в которую входят такие трубопроводы, как Нижневартовск - Курган - Самара; Усть-Балык - Курган - Уфа - Альметьевск; Сургут - Полоцк; Холмогоры - Клин; Самара - Тихорецкая; система нефтепроводов "Дружба" и другие трубопроводы, включая выходы к экспортным терминалам.

1. Организационный раздел

1.1 Способы прокладки нефтепровода через водное препятствие

При сооружении подводных переходов трубопроводов траншейным способом объемы, очередность, сроки и порядок выполнения подготовительных работ перед началом земляных работ на переходах должны определяться ПОС и уточняться подрядчиком в разрабатываемых им ППР с учетом параметров водных преград, их судоходности и сезонности работ. Параметры траншей на переходах трубопроводов через водные преграды (глубина, ширина по дну, откосы) должны приниматься в зависимости от гидрогеологических и морфологических особенностей подводной и береговой частей русел, их рельефа, состояния береговых склонов, способов разработки траншей и укладки в них трубопроводов, сроков и стоимости выполнения земляных работ, характера дноуглубительных (спрямление русла) работ и гидротехнического строительства вблизи строящегося перехода.

Прокладку можно осуществлять следующими способами:

Прокол лучше применять для прокладки труб малых и средних диаметров (не более 400—500 мм) в глинистых и суглинистых (связных) грунтах. Ограничение диаметра прокалываемых труб обусловлено тем, что при этом способе массив грунта прокалывают трубой, оснащенной наконечником, без удаления грунта из скважины, вследствие чего для прокола требуются значительные усилия. В связи с этим и длина прокола труб не превышает 60—80 м.

Способ продавливания с извлечением из трубы грунтовой пробки или керна можно применять практически в любых грунтах !—IV групп, он пригоден для труб диаметром 800— 1720 мм при длине прокладки до 100 м.

Горизонтальное бурение предусматривает опережающую разработку грунта в забое с устройством скважины в грунте большего диаметра, чем прокладываемая труба. Этим способом можно устраивать подземные переходы трубопроводов диаметром до 1720 мм. На длину 70-80 м. Однако способ этот недостаточно эффективен в обводненных и сыпучих грунтах.

Щитовой и штольневый способы применяются при необходимости устройства переходов трубопроводов, коллекторов и тоннелей значительных диаметров и длины.

При любом из бестраншейных способов прокладки труб вначале по обе стороны дороги отрывают рабочий и приемный котлованы, а затем монтируют соответствующие механизированные установки. На берме рабочего котлована подготовляют для бестраншейной прокладки трубы, изолируют их, оснащают наконечниками {при проколе) или режущей головкой и шнеком (при горизонтальном бурении). После этого краном опускают их в рабочий котлован на направляющую раму и с помощью домкратов производят их прокол, продавливание или горизонтальное бурение.

Размеры рабочего котлована определяют в зависимости от диаметра прокладываемого трубопровода, глубины его заложения и конструкции направляющей рамы. Так, при диаметре трубопровода 159—436 мм длина рабочего котлована составляет 10—13 м, а ширина — 2,2 — 2,4 м. Глубина его в зависимости от типа направляющей рамы принимается на 0,1 —0,3 м больше глубины заложения трубопровода.

Размеры приемного котлована назначаются с учетом возможности проведения сварочных и монтажных работ при соединении рабочей трубы с основным трубопроводом и конструкции уплотнительных сальников на конце рабочего трубопровода. Длина приемного котлована по дну должна быть не менее 1—1,5 м, а ширина — 2,3—2,4 м. Крепление стенок рабочего и приемного котлованов выполняют в соответствии с указаниями проекта производства работ.

Основным оборудованием при проколе и продавливании труб являются направляющие рамы, гидравлические домкраты, нажимные патрубки, шомполы, наконечники, грунтозаборные ковши, пневмопробойники, насосы, компрессоры и т.п., а при горизонтальном бурении — установки, включающие двигатели внутреннего сгорания, шнеки, режущие головки и др. Установки эти изготовляются на заводах и в мастерских строительных организаций.

1.2 Способы прокола

В зависимости от применяемых нажимных приспособлений, передающих усилие на прокладываемый трубопровод, различают несколько разновидностей прокола труб: с помощью домкратов, грунтопрокалывающих станков, лебедок, тракторов, трубоукладчиков, бульдозеров и т.п. Прокладываемые в толще грунта трубы для уменьшения сопротивления и снижения сил трения при вдавливании трубы в грунт снабжают специальными наконечниками, закрепляемыми на переднем конце труб. Чаще всего применяют конусные наконечники (рис. 10.1, а-д) и расширительные пояса с заглушками (рис. 10.1, р, ф). При небольшой длине прокола трубы прокладывают открытым концом (рис. 10.1, к).

Тип и конструкцию вдавливающего механизма, способного развить требуемое усилие, выбирают в соответствии с необходимым расчетным усилием вдавливания, которое зависит от диаметра и длины прокладываемого трубопровода, а также вида грунта. Необходимое нажимное усилие для продвижения в грунте прокладываемой трубы определяют расчетом.

Приблизительные нажимные усилия, которые должны быть приложены к трубам (кожухам) разных диаметров при их прокладке проколом на длину до 50 м, определяют по графику на рис. 10.2. Затем принимают необходимое число гидродомкратов для силовой установки и выбирают тип упорной стенки.

Для прокола труб чаще всего применяют нажимные насоснодомкратные установки, состоящие из одного или двух спаренных гидравлических домкратов типа ГД-170 с усилием до 170 тс каждый, смонтированных на общей раме. Штоки домкратов обладают большим свободным ходом (до 1,15—1,3 м). Раму с домкратами устанавливают на дне. рабочего котлована, из которого ведут прокол. Рядом с котлованом на поверхности размещают гидравлический насос высокого давления — до 30 МПа (300 кгс/см²).

Рисунок 10.1. Наконечники бестраншейной прокладки труб способом прокола

а, б, а — конусные; г — конусный с эксцентриситетом; д — конусный со штырем; в, ж — конусный с щелевыми прорезями; э — конусный с усеченной вершиной; и — конусный с отверстиями для увлажнения грунта; к — открытый конец трубы; л — открытый конец трубы с кольцом; м — приварная заглушка; н — съемная заглушка; о — кольцевой нож с наружным скосом кромок; л — то же, с приварной заглушкой; р — кольцевой нож с внутренним скосом кромок; с — кольцевой нож клиновидной формы с внутренним скосом кромок; г — нож серпообразного сечения; к — то же, с приварной заглушкой; ф — кольцевой нож с направляющими пластинками (стабилизаторами)

Трубу вдавливают циклически путем попеременного переключения домкратов на прямой и обратный ход. Давление домкратов на трубу передается через наголовник сменными нажимными удлинительными патрубками, шомполами или зажимными хомутами. При применении нажимных удлинительных патрубков длиной 1, 2, 3 и 4 м после вдавливания трубы в грунт на длину хода штока домкрата (например, 1 м) шток возвращают в первоначальное положение и в образовавшееся пространство вставляют другой патрубок удвоенной длины и так продолжают до тех пор, пока не закончат прокол первого звена трубопровода (обычно длиной 6 м). Затем к нему приваривают второе звено и указанные операции повторяют до тех пор, пока не будет завершен прокол всего трубопровода.

Рисунок 10.2. График для определения необходимого усилия для прокола труб разных условных диаметров Dy на длину L, м, в песчаных (сплошные кривые) и глинистых (пунктирные) грунтах

Шомпола делают из труб с отверстиями по бокам, расстояния между которыми соответствуют длине хода штоков домкратов. Шомпола бывают внутренние, двигающиеся внутри прокладываемой трубы, и наружные, охватывающие трубу снаружи Шомпола жестко крепятся к напорной балке домкратов, давление от которых к трубам передается через фланец-шайбу и стальной стержень диаметром 50 мм с рукоятью, вставляемый поочередно в сквозные попарно расположенные отверстия.

При использовании шомпола по мере вдавливания звена одновременно с обратным ходом штоков домкратов шомпол выдвигается назад, стержень переставляют в очередное отверстие, и цикл повторяется до тех пор, пока все звено не вдавится в грунт. Затем к нему приваривают следующее звено и его также вдавливают с помощью того же шомпола и т.д. Механический прокол труб с помощью домкратов возможен в песчаных и глинистых грунтах без твердых включений.

Рисунок 10.3. Способы прокола труб

а — общая схема работ; б — прокол установкой ГПУ-600; в — вибропрокол установкой УВВТП-400; г — прокол труб с помощью вибропробойников; f — наконечник; 2, 3 — приямки; 4 — прокалываемая труба; 5 — шпалы; 6 — направляющая рама; 7 — нажимной патрубок; 8 — гидродомкраты; 9 — опорный башмак; 10 — упорная стенка; 11 — насосная станция; 12 — маслопроводы; 13 — нажимная заглушка; 14, 16 — рабочий и приемный котлованы; 15 — обводной лоток; 17 — подвижный упор; 18 — нажимная плита на тележке; 19 — фиксатор; 20 — свая; 21 — лебедка; 22 — рама; 23 — планка; 24 — ударная приставка; 25 — направляющие стержни; 26 — вибрационный механизм; 27 — электродвигатель; 28 — электросварочный агрегат; 29 — причалка; 30 — отвес; 3/ — пневмопро-бойник; 32 — сварка труб

На рисунке 10.3, а показана наиболее распространенная схема бестраншейной прокладки труб (кожухов) способом прокола с применением гидродомкратной установки и комплекта нажимных патрубков. Такие установки, как правило, комплектуются самими строительными организациями.

Для бестраншейной прокладки стальных труб диаметром 104—630 мм на длину до 80 м в грунтах I —IV групп (без крупных включений) способом прокола применяют установки ГПУ-600 (рис. 10.3, б). Установка работает по принципу "шагающих домкратов", что позволяет значительно сократить время рабочего цикла. Вначале путем включения маслостанции гидродомкратами продвигают подвижную нажимную плиту с прокладываемой трубой на длину хода штока домкратов (1,2 м). Затем, после окончания рабочего цикла, подвижной упор освобождают и обратным ходом домкратов подтягивают его вслед за прокладываемой трубой. Указанные операции повторяют до полного внедрения в грунт первого звена прокладываемой трубы, после чего подвижной упор, салазки с домкратами и нажимную плиту возвращают в исходное положение. Далее монтируют второе звено трубы, и цикл работ повторяют и так до полного прокола всего трубопровода.

С помощью прокольной установки Главмосстроя можно прокалывать трубы диаметром 209—426 мм на длину до 45 м в грунтах I —IV групп независимо от его влажности. Установка работает, как и установка ГПУ-600, по принципу "шагающих домкратов".

Гидропроколом трубы прокладывают с использованием кинетической энергии струи воды, выходящей под давлением из расположенной впереди трубы специальной конической насадки. Струя воды, выходящая из насадки под давлением, размывает в грунте отверстие диаметром до 500 мм, в котором прокладывают трубы. Удельный расход воды при этом зависит от скорости струи, напора воды и категории проходимых грунтов.

Вода под напором в горизонтальную скважину подастся центробежными насосами, а откачка воды из котлована производится грязевыми (грунтовыми) насосами. Длина проходок зависит от свойств грунта и диаметра труб. Для труб 100—200 мм максимальная длина скважин достигает 30—40 м, а для труб диаметром 400—500 мм — до 20 м. Наиболее целесообразно применять гидропрокол в легко размываемых {песчаных, супесчаных) грунтах; меньший эффект достигается в глинистых грунтах.

При гидропроколе трубу подают вперед лебедкой, согласуя при этом скорость подачи трубы со скоростью образования скважины, что очень важно. Если скорость подачи трубы будет превышать скорость образования скважины, то конусная насадка может забиться грунтом, а при недостаточной скорости подачи в скважине могут образоваться каверны. При гидропроколе необходимо чаще, чем при любом другом виде прокола, проверять уклон трубы, так как при малейшем отклонении возникают искривления скважины.

Преимущества гидропрокола — относительная простота ведения работ и довольно высокая скорость образования скважины (до 30 м/смену). Существенными его недостатками являются сравнительно небольшая протяженность проходки (до 20—30 м), возможные отклонения от проектной оси и сложные условия работы вследствие загрязненности рабочего котлована. Поэтому гидропрокол целесообразно применять при бестраншейной прокладке труб через различные грунтовые преграды преимущественно в полевых условиях трассы, при достаточной обеспеченности водой и наличии необходимых мест для сброса пульпы вблизи производства работ.

Бестраншейную прокладку трубопровода в несвязных песчаных, супесчаных и плывунных грунтах ускоряют способом вибропрокола. В установках для вибропрокола применяются возбудители продольно направленных колебаний.

Способом вибропрокола можно не только прокладывать трубопроводы диаметром до 500 мм на длину 35—60 м при скорости проходки до 20—60 м/ч, но и извлечь их из грунта.

Наиболее эффективной является ударно-вибрационновдавливающая установка УВВГП-400 конструкции ВНИИГС. При использовании этой установки прокладываемую трубу (кожух) с закрепленным на одном конце инвентарным наконечником другим концом устанавливают в наголовнике ударной приставки вибромолота (рис. 10.3, в). Под действием ударных импульсов в сочетании со статическим вдавливанием с помощью пригрузочного полиспаста секция труб последовательно внедряется в грунт.

Используется также универсальная виброударная установка УВГ-51 (см. рис. 10-4, в) конструкции МИНХиГП им. Губкина, которая предназначена для прокладки труб диаметром до 530 мм способом прокола и диаметром 530—1020 мм способом виброударного продавливания.

При необходимости обеспечения высокой точности проходки способом прокола (с соблюдением заданного уклона трубопровода) осуществляют протаскивание труб (диаметром до 300 мм и длиной до 30 м) через направляющие пионерные скважины (пилот-скважины) с помощью каната и лебедки.

Для бестраншейной закрытой прокладки труб диаметром 63—400 мм широко применяются механические грунтопрокладыватели и пневматические пробойники типов ПР-60 (СО-144), ИП-4605, ИП-4603, ПР-400 (СО-134) и М-130. Механические винтовые прокладыватели, работающие от двигателя внутреннего сгорания, могут прокладывать в глинистых грунтах трубопроводы диаметром до 89— 108 мм при максимальной длине прокола 50—80 м и средней скорости проходки 18—20 м/ч.

Пневмопроходка с помощью указанных пневмопробойников типа "Крот" применяется для устройства сквозных и глухих горизонтальных и наклонных скважин с уплотненными стенками диаметром 63—400 мм и длиной до 40—50 м, через которые прокладывают трубопроводы. Пневмопробойник представляет собой самодвижущуюся пневматическую машину ударного действия. Его корпус является рабочим органом, образующим скважину, а ударник, размещенный в корпусе, совершает под действием сжатого воздуха возвратно-поступательные движения и наносит удары по переднему торцу корпуса, забивая его в грунт. Обратному перемещению корпуса препятствуют силы трения его о грунт. Благодаря осевой симметрии и значительной длине (1,4—1,7 м) пневмопробойник при движении в грунте сохраняет заданное направление.

Для устройства скважины пневмопробойник запускают в грунт из входного приямка в направлении приемного. В ходе движения пневмопробойник своим коническим передним концом уплотняет грунт, раздвигая его и стороны, и образует скважину. Для восприятия усилий в момент запуска пневмопробойника из приямка и увеличения точности проходки используют стартовые устройства, создающие силы трения на его корпусе (для пнеомопробойников ИП-4603, ИП-4605) либо поджимающие его к забою (СО-134). Для уменьшения искривления скважины в сложных условиях и при значительной длине проходки к пневмопробойнику крепят специальную насадку — удлинитель. При обеспечении точного запуска пневмопробойника отклонение скважины от проектного положения на длине 20 м, как правило, не превышает 0,2—0,3 м по вертикали и 0,05—0,1 м по горизонтали.

При проколе стальных труб с помощью пневмопробойников (рис. 10.3, г) их используют в качестве ударного узла, присоединенного к заднему торцу трубы и забивающему ее в грунт. На переднем торце трубы крепят конусный наконечник. При этом возможны два варианта технологии работ: забивка трубы в грунт и забивка ее в лидирующую скважину (в устойчивых глинистых грунтах). При забивке трубы в грунт пневмопробойник присоединяют к заднему торцу трубы с помощью специальной переходной втулки. Сварные стыки труб по мере их забивки обязательно усиливают продольными накладками (4—6 шт. в зависимости от диаметра) длиной 200—300 мм, расположенными равномерно по окружности. Особое внимание при стыковке следует обращать на соосность секций трубопровода.

С помощью пневмопробойника можно заменять старые трубы подземной прокладки новыми того же или большего диаметра. Для этого первую секцию нового трубопровода присоединяют к удаляемому (в случае разных диаметров — с помощью конического переходника), а старую трубу по мере выхода в приемный приямок обрезают и удаляют. Пневмопробойником можно также извлекать из грунта стальные трубы диаметром до 800 мм. Длина извлекаемых труб зависит от грунтовых условий (сцепления грунта с поверхностью трубы). При извлечении труб из грунта пневмопробойник используют в качестве ударного механизма, прикрепленного к переднему торцу трубы с помощью специального приспособления.

Ширину подводных траншей на мелководных и приурезных участках следует принимать с учетом ширины и осадки грунторазрабатывающего судна (с запасом под днищем), возможных колебаний уровня воды, а также перемещений обслуживающих средств (грунтоотвозных шаланд, буксиров и др.). Запас под днищем следует принимать не менее 0,5 м для малых земснарядов и 1,0 м для больших. Крутизну откосов подводных траншей, включая урезные участки, следует принимать по таблице 1.

Таблица 1- Крутизна откосов подводных траншей