image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 10 2017

Эксплуатация и ремонт трубопроводов

01.10.2017 10:00 Концепция разработки комплекса для ремонта подводных трубопроводов
Статья посвящена вопросам создания комплекса по ремонту подводных трубопроводов. В число основных операций, необходимых при проведении подводного ремонта с помощью установки герметизирующих муфт, входят: четкая фиксация подводного модуля на трубе вне зависимости от угла ее расположения к горизонту; снятие изоляции и подготовка поверхности трубы; установка защиты для предотвращения попадания композитного состава во внутреннюю полость трубы; установка силового внешнего бандажа с возможностью закачки композитного состава в межтрубное пространство; возможность закачки композитного состава с поверхности. Предложены оригинальные технологические и технические решения: проводить ремонт аварийного трубопровода за один цикл путем одного спуска и подъема погружного оборудования; использовать модульное построение блоков; разместить силовой гидравлический привод непосредственно в месте проведения ремонта, под водой; осуществлять посадку погружного блока на аварийную трубу путем гидроразмыва донного грунта через стойки погружного блока; проводить операции по отмыву, зачистке трубы, установке защиты трубы и установке защитного бандажа одним комбинированным устройством; производить закачку композитного состава с поверхности, учитывая опыт цементирования скважин; предусмотреть возможность оптимизации нагрузки на ремонтируемый участок трубы от веса блока погружного оборудования с помощью вспомогательных поплавков; предусмотреть возможность отключения тех или иных блоков или дальнейшее наращивание их функций в комбинированном устройстве. Рассмотрены основные блоки и модули, входящие в состав ремонтного комплекса. Приведены технические характеристики опытного образца ремонтного комплекса.
Ключевые слова: нефть, разливы, ремонт подводных трубопроводов, комплекс подводного ремонта трубопроводов.
Ссылка для цитирования: Мерициди И.И., Шотиди К.Х., Мерициди И.А., Мерициди Х.А., Кармазиков В.С. Концепция разработки комплекса для ремонта подводных трубопроводов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 10. С. 76–82.
Открыть PDF


В настоящее время при проектировании и сооружении подводных трубопроводов на объектах континентального шельфа используются самые современные достижения в области морских технологий. Однако практика эксплуатации подводных трубопроводов показывает, что имеются реальные угрозы их повреждения.

На основании анализа около 700 случаев аварийной разгерметизации подводных трубопроводов установлены основные причины их разрушений. Доминирующими причинами аварийных ситуаций являются: коррозия – 50 %, механические повреждения вследствие воздействия якорей, тралов, вспомогательных судов и строительных барж – 20 % и повреждения, вызванные штормами, размывами дна, – 12 % [1].

Поскольку наибольший объем углеводородов – около 90 % – сосредоточен в арктических морях, а природные условия Арктики крайне затрудняют операции по ликвидации разливов нефти или делают их абсолютно неэффективными, актуальным является ремонт подводных трубопроводов, исходя из прогнозируемого объема строительства морских трубопроводов в северных морях (табл. 1).

Анализ технологий, использующихся для ремонта подводных трубопроводов, проведенный в [2], показал, что технологии ремонта, основанные на установке на поврежденный участок герметизирующих муфт при глубинах согласно табл. 1, наиболее эффективны.

1.png

Анализ технологий и конструкций устройств, использующихся для ремонта подводных трубопроводов, ведущих фирм мира [2] и проведенный патентный поиск позволили сформулировать основные операции, необходимые при проведении подводного ремонта с помощью установки герметизирующих муфт. К их числу относятся:

  • четкая фиксация подводного модуля на трубе вне зависимости от угла ее расположения к горизонту;

  • снятие изоляции и подготовка поверхности трубы;

  • установка защиты для предотвращения попадания композитного состава во внутреннюю полость трубы;

  • установка силового внешнего бандажа с возможностью закачки композитного состава в межтрубное пространство;

  • возможность закачки композитного состава с поверхности.

Конструктивно была предложена блочно-модульная концепция комплекса, что позволяло бы в дальнейшем менять его характеристики.

На основе проведенного технико-экономического обоснования была доказана актуальность создания комплекса подводного ремонта с использованием технологии установки герметизирующей муфты.

1_1.png

При разработке и проектировании комплекса были приняты следующие оригинальные технологические и технические решения:

  • проводить ремонт аварийного трубопровода за один цикл путем одного спуска и подъема погружного оборудования;

  • использовать модульное построение блоков;

  • разместить силовой гидравлический привод непосредственно в месте проведения ремонта, под водой;

  • осуществлять посадку погружного блока на аварийную трубу путем гидроразмыва донного грунта через стойки погружного блока;

  • проводить операции по отмыву, зачистке трубы, установке защиты трубы и установке защитного бандажа одним комбинированным устройством;

  • производить закачку композитного состава с поверхности, учитывая опыт цементирования скважин;

  • предусмотреть возможность оптимизации нагрузки на ремонтируемый участок трубы от веса блока погружного оборудования с помощью вспомогательных поплавков;

  • предусмотреть возможность отключения тех или иных блоков или дальнейшее наращивание их функций в комбинированном устройстве.

В результате была предложена компоновка комплекса в следующем составе:

  • блок погружного оборудования;

  • блок управления;

  • блок приготовления композитного состава.

В транспортном положении все блоки размещены на борту вспомогательного судна, при работе погружной блок закрепляется на аварийном участке подводного трубопровода и связан с помощью кабелей с блоком управления, а с помощью шлангов – с блоком приготовления композитного состава. Блок погружного оборудования представлен на рис. 1.

1_1_1.png

В соответствии с принятой концепцией в блоке погружного оборудования для возможности проведения ремонта за один цикл спуска и подъема оборудования предусмотрены следующие модули.

Модуль «Гидравлическая станция» (рис. 2). Силовые насосы шестеренные с приводом от погружных водозаполненных электродвигателей, регулирующая и направляющая гидроаппаратура размещены в герметичном баке, давление в котором соответствует давлению в месте размещения блока, для компенсации объема используются резиновые диафрагмы, электрический привод гидроаппаратуры напряжением 24 В.

Расход и давление, развиваемые модулем, а также гидравлическая схема подсоединения гидроаппаратуры могут меняться исходя из потребности погружного блока. Применяемая гидравлическая жидкость экологически безопасна и водорастворима, что не приводит к ущербу в случае повреждения гидролиний.

1_1_2.png

Модули захвата трубы, расположенные в передней и задней частях погружного блока, с гидравлическим приводом и гидрозамками для предотвращения самопроизвольного открытия предназначены для фиксации погружного блока на аварийном участке трубы. Модульность исполнения позволяет переходить на другой размер ремонтируемой трубы путем замены самого модуля (рис. 3).

В ходе выполнения технического проекта была определена возможность совмещения модуля отмыва и модуля зачистки трубы на одной каретке (рис. 4), что позволило повысить эффективность, а также сократить временные затраты на проведение технологических операций по подготовке дефектного участка трубы.

1_1_3.png

Перемещение в осевом направлении осуществляется с помощью ходового винта с приводом от гидромотора, перемещение круговое – с помощью гидромотора. Привод фрез – от гидромоторов. Качество подготовки поверхности трубы к дальнейшим операциям контролируется видеокамерами. При необходимости обеспечивается многократная обработка дефектной поверхности. Фиксация на трубе осуществляется с помощью узла захвата с приводом от гидроцилиндров. Скорости перемещения и вращения могут меняться подбором характеристик гидромоторов. Для отмыва используется вода, отфильтрованная и поданная под давлением и со скоростью, определяемыми водяным центробежным электронасосом.

Модуль установки защитной гильзы для предотвращения попадания композитного состава внутрь аварийного трубопровода (рис. 5). Привод гидравлический. Для более полной адгезии гильзы к трубопроводу внутренняя часть гильзы может быть обработана клеем или другим составом, застывающим в морской воде. Гильза имеет специальное приспособление, позволяющее фиксировать ее на трубопроводе после разжима гидравлических фиксаторов.

1_1_4.png

Модуль установки герметизатора имеет гидравлический привод. Герметизатор состоит из двух половинок (рис. 5), которые после фиксации на трубе гидроцилиндрами закрепляются специальными креплениями.

Герметизатор снабжен устройством, позволяющим закачивать композитный состав в пространство между гильзой и герметизатором по шлангам из блока приготовления композитного состава и отсоединяющим после заполнения манифольд подачи от шлангов подвода к герметизатору.

Таким образом, предложенная модульная система позволяет осуществлять ремонт трубопроводов как разных диаметров, так и на разных глубинах.
В зависимости от потребности модули могут подключаться или отключаться в процессе ремонта.

Гидравлическая станция позволяет вводить при необходимости дополнительные модули. Например, модуль поднятия трубы, модуль резки и т. д.
Команды на включение модулей подаются из блока управления. Наблюдение за процессами под водой осуществляется с помощью видеокамер.

На рис. 6 представлен блок управления, позволяющий осуществлять следующие операции:

  • управлять электродвигателями привода насосов гидравлического модуля путем изменения частоты тока;

  • управлять погружным электроцентробежным водяным насосом;

  • управлять технологическими операциями модулями блока погружного оборудования;

  • управлять электродвигателями насосов блока композитного состава;

  • контролировать систему видеонаблюдения, которая снабжена подводными видеокамерами с освещением, монитором и возможностью записывания информации с четырех видеокамер.

Блок приготовления композитного состава позволяет приготавливать композитную смесь, предварительно прокачав подготовительные растворы, позволяющие подать различного рода ингибиторы, обезжириватели и другие компоненты для лучшей адгезии композитного состава к металлическим частям. Для этого имеются емкости хранения, смеситель, насосы высокого давления. Показатель заполнения полости герметизатора – появление композитного состава в шланге с обратным потоком. Все отработанные жидкости хранятся в емкостях блока до передачи на утилизацию, что обеспечивает экологическую безопасность проводимых работ.

Для проверки правильности выбранной концепции и проверки работоспособности АО «ЦНИИ «Курс» совместно с ООО «ГеоЛайнПроект» и при участии сотрудников РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина разработали и изготовили опытный образец в рамках госконтракта между Министерством промышленности и торговли РФ и АО «ЦНИИ «Курс».

Выбор параметров комплекса (табл. 2) был обоснован техническим заданием.

Проведенные испытания опытного образца показали работоспособность принятой концепции. Была подтверждена возможность проведения ремонта подводного трубопровода в автоматизированном дистанционном режиме без привлечения труда водолазов. Показана возможность разработки ряда типоразмеров для проведения ремонта трубопроводов любого диаметра и с разными глубинами прокладки труб.

Выявлены пути совершенствования конструкции и возможность ее использования для уменьшения ущерба от разлива нефти и нефтепродуктов при авариях на подводных трубопроводах, особенно в ледовых условиях, последнее требует проведения дополнительных исследований.


Таблица 1. Прогнозируемые объемы строительства морских трубопроводов в северных морях

Table 1. Forecast Volumes of Construction of Offshore Pipelines in the Northern Seas

Регион строительства 

Construction Region

Протяженность планируемых трубопроводов, км 

Length of Pipelines in Project, km

Сроки реализации основных проектов, г. 

Terms for the Implementation of Major Projects, years

Диаметры, дюйм 

Diameters, inch

Максимальные глубины, м 

Maximum depths, m

Баренцево море 

Barents Sea

2440

2009–2023

18–46

320

Печорское море 

Pechora Sea

300

2009–2020

32

250

Карское море – Приямальский шельф 

Kara Sea – the Priyamalsky shelf

1770

2008–2030

40

100

Карское море – акватория Обской и Тазовой губ 

Kara Sea – Ob and Tazova Bay water area

250

2008–2030

20–40

12

Охотское море 

Sea of Okhotsk

500

2015–2030

20–28

200


Таблица 2. Технические характеристики ремонтного комплекса

Table 2. Technical characteristics of the repair complex

Наименование параметра 

Parameter name

Значение параметра 

Value

Диаметр ремонтной трубы, мм 

Diameter of the repair pipe, mm

320–325

Длина ремонтируемого участка трубопровода, мм 

Length of the pipeline section to be repaired, mm

1450

Глубина расположения ремонтируемого трубопровода от уровня моря, м, не более 

Depth of location of the pipeline to be repaired from sea level, m, not exceeding

100

Габаритные размеры (в транспортном положении) совместного блока (блока управления и блока приготовления композитного состава), мм: 

Overall dimensions (in transport position) of the joint unit (control unit and composite preparation unit), mm:

  • длина  
    length

  • ширина 
    width

  • высота 
    height

 

 

 

 

6058

 

2438

 

2591

Габаритные размеры (в транспортном положении) блока погружного, мм: 

Overall dimensions (in transport position) of the submersible block, mm:

  • длина 
    length

  • ширина
    width

  • высота
    height

 

 

4000

 

2010

 

2264

Масса комплекса оперативного ремонта трубопровода, т, не более: 

The weight of the complex of on-line repair of the pipeline, t, not exceeding:

  • полная масса совместного блока (блока управления и блока приготовления композитного состава) в собранном виде с необходимой заправкой элементами композитного состава, не более
    total weight of the joint unit (control unit and composite composition preparation unit) assembled and filled with the necessary elements of the composite compound, not exceeding

  • полная масса блока погружного комплекса оперативного ремонта трубопроводов в собранном виде с необходимой заправкой маслом,
    не более
    total weight of the unit of the submersible complex for on-line repair of pipelines assembled and filled with the necessary oil, not exceeding

14

      

10

Система управления 

Control system

Электрогидравлическая 

Electrohydraulic

Рабочее давление в гидросистеме, МПа, не более: 

Operating pressure in the hydraulic system, MPa, not exceeding:

  • блока гидрооборудования (блока погружного комплекса)
    block of hydraulic equipment (unit of a submersible complex)

  • блока приготовления композитного состава
    block for preparation of composite compound

 

 

12

 

2

Потребляемая мощность в КВт, не более: 

Power consumption, kW, not exceeding:

  • блока погружного комплекса
    block of submersible complex

  • блока приготовления композитного состава
    block for preparation of composite compound

 

 

40

 

30

Время проведения ремонтных работ, ч, не более: 

Time of repair works, h, not exceeding:

  • на ремонт одного повреждения трубопровода 
    one pipeline damage repair

  • на застывание композитной смеси 
    the composite mixture solidifying

 

 

24

 

18

Количество штатных работников для обслуживания комплекса оперативного ремонта подводного трубопровода, чел., не более 

Number of full-time employees for servicing the complex for the on-line repair of the underwater pipeline, people, not exceeding

5

 



← Назад к списку


im - научные статьи.