Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и разработка технологии строительства и ремонта подводных переходов с использованием легких заполнителей

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Жецкая, Наталья Владимировна

Введение.

1. Методы строительства и ремонта подводных переходов. Анализ способов прокладки и конструкций трубопроводов

Общие положения.

1.1. Строительство подводного перехода методом протаскивания.

1.2. Укладка подводных трубопроводов свободным погружением в под-водн)Л траншею.

1.3. Укладка трубопровода с опор, оборудованных подъемными устройствами.

1.4. Метод ремонта через препятствия с использованием конструкции "труба в трубе.

1.5. Анализ способов прокладки подводного перехода наклонно-направленным бурением.

1.6 . Анализ двухтрубных конструкций трубопроводов.

1.7 . Технико-экономическая оценка строительства подводного перехода из двухтрубной конструкции в наклонно-направленной скважине.

1.8 . Постановка задач исследований.

Выводы по главе 1.

2. Разработка методики монтажа двухтрубной конструкции подводного перехода.

2.1. Технология прокладки наружной трубы подводного перехода.

2.2. Разработка технологии монтажа рабочего трубопровода.

Выводы по главе 2.

3. Разработка технологии заполнения межтрубного пространства пенополиуретаном.

3.1. Анализ и выбор материала для заполнения межтрубного пространства

3.2. Входной контроль материала для заполнения межтрубного пространства "труба в трубе.

3.3 Разработка методики заполнения межтрубного пространства трубопровода конструкции "труба в трубе" в наклонно-направленной скважине.

3.4. Разработка методики расчета по заполнению межтрубного пространства ППУ.

3.5. Подбор и расстановка оборудования для заполнения межтрубного пространства пенополиуретаном.

Выводы по главе 3.

4. Экспериментальные исследования адгезионных свойств пенопо-лиурена.

4.1. Описание экспериментальной установки для проведения испытаний.

4.2. Разработка методики измерения и проведения экспериментальных исследований.

4.3. Разработка технологии изготовления моделей.

4.4. Определение жесткостных характеристик трубопровода "труба в трубе" с жестким заполнителем.

Выводы по главе 4.

5. Разработка методики расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода типа "труба в трубе" при действии внутреннего давления.

5.1. Анализ прочностных и деформационных свойств пенополиуретана

5.2. Определение механических характеристик ППУ при растяжении и сжатии.

5.3. Разработка методики проведения испытаний ППУ на растяжение и сжатие.

5.4. Папряженно-деформированное состояние ППУ при действии внутреннего давления.

Выводы по главе 5.

ОБЩИЕ ЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и разработка технологии строительства и ремонта подводных переходов с использованием легких заполнителей"

Подводные переходы (ПП) являются сложными гидротехническими сооружениями, поэтому их строительство, как правило, осуществляется по специальным проектам, а затраты на ремонт, примерно, в 1,5 раза больше строительства нового перехода. В связи с этим к надежности, прочности, долговечности подводных переходов предъявляются повышенные требования.

В соответствии с известными методами сооружения подводных переходов трубопроводы относительно естественной поверхности дна водоемов укладывают:

• ниже дна (заглубленный трубопровод);

• на дне (незаглубленный трубопровод);

• выше дна (наружный трубопровод);

Все эти способы прокладки имеют свои недостатки, снижающие темпы строительства подводных переходов.

Однако в последние годы находит применение новый способ строительства переходов через водные преграды - бестраншейная прокладка трубопроводов. Технология строительства способом наклонно - направленного бурения (ННБ) позволяет исключить влияние сезонности, уменьшить земляные и балластировочные работы, снизить влияние воздействий при строительстве на водную среду [33, 48, 61, 106 ].

Подводные трубопроводы, как правило, выполняются однотрубные. Опыт их эксплуатации показал, что однотрубные конструкции не всегда обеспечивают достаточную эксплуатационную надежность нефтепроводов 43]. Особенно это характерно для трубопроводов, по которым перекачиваются коррозионно-агрессивные, сильно подогретые или сильно охлажденные продукты. Поэтому одним из эффективных способов поддержания надежности подводных переходов нефтепроводов в современных условиях является 5 прокладка методом «труба в трубе» с межтрубным пространством, заполненным ингибитором, позволяющим сохранить первоначальную температуру продукта.

С учетом двух обстоятельств, т.е. введение технологии бестраншейной прокладки и новой конструкционной схемы "труба в трубе" была поставлена цель диссертационной работы - научно обосновать и разработать технологию строительства подводных трубопроводов "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполняемым пенополиуретаном (ППУ) в горизонтальной скважине.

Научная новизна разработки состоит в следующем:

- теоретически обоснована принципиально новая конструктивно-технологическая схема прокладки подводных переходов;

- найден оптимальный вариант заполнителя межтрубного пространства, позволяющий надежно защитить рабочую трубу от коррозии и тепловых потерь;

- разработан и предложен расчет соотношения и количества компонентов заполнителя межтрубного пространства;

- выполнен расчет напряженно-деформированного состояния подводного трубопровода, проложенного по новой конструктивно-технологической схеме.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Жецкая, Наталья Владимировна

Выводы:

1 .Теоретические исследования показали, что со стороны вутренней трубы, которая находится под давлением, ППУ испытывать нагрузок не будет не будет.

2.Вследствие того,что ППУ находиться под давлением,то и напряжения вдоль радиуса передавться к наружной трубе не будут, чтобы разгрузить внутреннюю трубу. Отсюда следует,что гипотиза трехслойной трубы, для трубопровода конструкции «труба в трубе», межтрубное пространство которого заполнено ППУ не верна.

1. Экспериментально установлены механические характеристики ППУ: разрушающее напряжение при растяжении, удлинение при максимальной нагрузке, условный предел текучести. Определены для ППУ модуль упругости и коэффициент Пуассона.

2. Разработана методика расчета объема ППУ для заполнения межтрубного пространства трубопровода "груба в трубе".

3. Экспериментально установлена величина адгезии ППУ к металлу трубопровода "труба в трубе".

4. Разработана методика технологии строительства подводных трубопроводов "труба в 1рубе" в горизонтально-направленной скважине с меж-трубиым пространством заполненным ППУ.

5. Разработана конструкция центрирующей тележки - хомута.

6. Теоретические исследования напряженно-деформированного состояния ППУ в трубопроводе конструкции «труба в трубе», находящегося под внутренним давлением, показали, что ППУ в межтрубном пространстве не перераспределяет нагрузки между внутренней и наружной трубами

7. На основе технико-экономического анализа установлено, что трубопровод "труба в трубе" в наклонно-направленной скважине с межтрубным пространством, заполненным ППУ, надежнее и экономически эффективнее существующих конструкций подводных переходов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Жецкая, Наталья Владимировна, Тюмень

1. Авдеев Б.АА Техника определения механических свойств материалов. - М.: Машиностроение, 1965.- 487 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1986.- 280 с.

3. Алексеев А.И. Кольцевые напряжения в подводном трубопроводе типа "труба в трубе". // Строительство трубопроводов,1986.- № 6.- с.14, 15.

4. Амбарцумян С.А. Теория анизотропных оболочек. М: Физматгиз, 1961.- 384 с.

5. Айнбиндер А.Б. Расчет магистральных и промысловых трубопроводов на прочность и устойчивость. : Справ, пособие. -М.; Недра. 1991.-286с.

6. Айнбиндер А.Б., Камерштейн А.Г. Расчет магистральных трубопроводов на прочность и устойчивость : Справочное пособие. М: Недра, 1982. -344с.

7. A.C. №1276769 СССР Способ бестраншейной прокладки трубопровода. Бюл.,1986.-№46.8. .A.C. 777319 (СССР). А.П. Клименко, СИ. Красноокий и Э.Л4.Дыскин. Трубопровод для транспортировки газов и жидкостей. Опубл. в Б.И.-1980.-№41.

8. A.C. 624048 СССР А.Я. Ермолин, И.Я. Захаров, Э.А. Макаров и др. Трубопровод. Опубл. в Б.И., 1978.- № 34.

9. Булатов Г.А. Пенополиуретаны и их применение на летательных аппаратах. М.: Машиностроение, 1970.-232 с.

10. Бурение наклонных и горизонтальных с{<важин // Под ред. А.Т. Калинина- М.: Недра, 1997.-648с.

11. Бородавкин П.П. Подземные магистральные трубопроводы (проектирование и строительство). М.: Недра, 1982.- 384 с.13. . Бородавкин П.П., Березин В.Л., Шадрин О.Б. Подводные трубопроводы. -M.: Недра, 1979.- 415 с.

12. Бородавкин П.П., Борцов А.К. Конструкция морского трубопровода повышенной надежности. Тез.докл. IY конференции.- (25-28 октября 1983г.).-Владивосток: 1983.- С. 37,38

13. Бородавкин П.П., Борцов А.К. Подводный переход газопровода " труба в трубе". // Газовая промышленность, 1982. -№ 10.- с.23, 24

14. Бородавкин П.П., Ким Б.И. Охрана окружающей среды при строительстве и эксплуатации магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1981.-160 с.

15. Булатов Г.А. Пенополиуретаны в машиностроении и строительстве -М.: Машиностроение, 1978.- 181 с.

16. Борцов А.К. Расчет напряжений в трубопроводе типа " труба в трубе". В сб.: Труды МИНХ и ГП. - M .: 1981.- Вып. 155.- с. 48-52.

17. Бестраншейная прокладка трубопроводов на значительные расстояния. // Трубопроводный транспорт нефти.,1994.- №3.- с. 49-52.

18. Булатов Г.А., Прозоров А.П. Пенополиуретаны в теплоизоляционной и антикоррозионной технике. В кн.: Исследования по защите от коррозии в химической промышленности. -М.: НИИТЭХИМ. 1976.- с. 60-67.

19. Бармин В.И., Белецкий Б.Ф., Габелая Б.Ф. и др. Технологическое проектирование строительства магистральных трубопроводов: Справочник / под ред. В.И. Бармина. М.: Недра, 1992.-288с.

20. Бобылев А. Л. Не копать, а раскапывать. // Трубопроводы и экология, 1998.-Ко1.-с.18-19.

21. Бревдо Г.Д. Проектирование режима бурения. • М.: Недра, 1988.-200с.

22. Биргер И.А., Шорр Б.Ф.,. Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей маппш. Справочник. М.: 1993.- 630 с.

23. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению. В 4-X кн. М.: Недра, 1993. - 319с.

24. Варанян B.C., Андреев В.И. и др. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности. М.: 1995.- 566 с.

25. Васильев Ю.С. и др. Допустимые отклонения стволов скважин от проекта. -М.: Гостоптехиздат,1963. 156с.

26. Вспененные пластические массы. Каталог. М.: НИИТЭХИМ. 1975. -28 с.

27. Гибадуллин H.3., Юмашев Р.Х. и др. Строительство переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия методом направленного бурения //Трубопроводный транспорт нефти.- 1999.- №9.

28. Дарков А.В.,.П1пиро Г.С Сопротивление материалов. М.: Высшая школа. 1967. - 733 с.

29. Дементьев А. Г., Тараканов О.Г. Структура и свойства пенопластов. -М.; Химия, 1983.-171C.

30. Ермолин А.Я., Левин СИ. Сооружение подводных переходов диаметром 1420 мм на системе газопроводов Западная Сибирь Центр.// Ж. Строительство трубопроводов, 1983.-№ 1.-С. 16-18.

31. Жук А. Получение конструкционных полиуретанов методом напыления. Сб. докл. II междунар. науч. технич. конференции СЭВ по проблеме

32. Разработка мер защиты металлов от коррозии». -Прага: 1975.- т. 2.- С.703.

33. Жецкая Н.В. Оптимизация геодезической и гидрометрической структуры производства метода направленного бурения при строительстве трубопроводных переходов через водные преграды. // Нефть и Газ Сибири. ОПГ. -Тюмень: -2000, -№3.- С. 2.

34. Жецкая Н.В. Напряженно-деформированное состояние трехслойного трубопровода, уложенного подземно по схеме «труба в трубе» с пенополиуретаном в межтрубном пространстве. // Известия вузов. Нефть и Газ. Тю-мень:-2001, №3.- С .33-37.

35. Завойчинский Б.И. Долговечность магистральных и технологических трубопроводов: Теория, методы расчета, проектирование. М.: Недра, 1991.-475с.

36. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю.В. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.; Атомиздат, 1978. -232 с.

37. Захаров И.Я., Овчинников И.С и др. Применение конструкции "труба в трубе" при ремонте подводных переходов магистральных нефтепроводов. // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов, 1981.- № 4.- С. 149152.

38. Зоненко В.И., Березин Л.В. Сравнительная оценка надежности различных конструктивных решений подводных переходов.// Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1980.- № 66,- с. 14-16.

39. Иванов В.А., Жецкая Н.В. Технологические особенности заполнения межтрубного пространства трубопроводов конструкции " труба в трубе" пенополиуретаном.// Нефть и Газ Сибири. ОПТ. Тюмень: 2000, Ш4.- С.З.

40. Исаев А.В., Кононович Н.Э. и др. Сооружение переходов магистральных трубопроводов под препятствиями методом направленного бурения с использованием электробурового оборудования. // Строительство трубопроводов. 1995.-№5,-с. 24-25.

41. Исследования по теории пластин и оболочек.// под. ред.К.З. Галимо-ва. Казанский университет. 1975.-Вып. Х1,-с. 389.

42. Использование метода наклонно-направленного бурения на объектах ОАО «Верхневолжские» и его развитие в АК Транснефть».// Трубопроводный транспорт нефти.-1998. №2.

43. Калинина Т.И., Кан А.Г. К исследованию напряженного состояния в трехслойных оболочках вращения. Изв. Вузов. Нефть и газ. 1981.- № 4.- С.

44. Камышев М.А., Левин СИ. Строительство подводных трубопроводов типа "труба в трубе". М.: ВНИИОЭНГ, 1983.- 34 с.

45. Н.В.Колкунов. Основы расчета упругих оболочек М.: Высшая пжо-ла, 1972.- 389 с.

46. Лоренц В.Я., Степанов В.М., Лаврентьев А.Е. Внедрение метода горизонтально-направленного бурения переходов трубопроводов в России и СНГ // Строительство трубопроводов. Хлб, 1996, с. 10-12.

47. Лышенко Л.З. Прогнозирование показателей надежности нефтепроводов. М.: ВНИИОЭНГ, 1987. - 56с.

48. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. -М.: Наука, 1980.-254с.

49. Назарян А.Г. О механическом подобии твердых деформируемых тел. Ереван; Изд. АН Арм. ССР, 1965.-218 с.

50. Новая система горизонтального бурения // Трубопроводный транспорт-1997.-№7.

51. Новые способы получения газонаполненных полимеров и области их применения в народном хозяйстве. Тез. докл. на Всесоюз. науч. технич. совещании по пенопластам. Владимир: 1974.- 144 с.

52. Новая система горизонтального бурения. //Трубопроводный транс-порт-1997.-№7.

53. Оборудование для бурения скважин //Трубопроводный транспорт.-1999. №2.

54. Нуляева Г.Ф., Житинкина А.К., Александров Ю.Ф. Применение эластичных интегральных пенополиуретанов. // Пластические массы.- 1974. №2.-С.31-33.

55. Применение горизонтального бурения Великобритания.// Трубопроводный транспорт. -1999. №11

56. Писаренко Г.С, Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению материалов. К: Наукова думка, 1975.-704 с.

57. Пластические массы//1974, №10,с.74.

58. Пресс информация. Байер. Окт. 1976, №16 10 - 305.

59. Прокладка подводного трубопровода.//Трубопроводный транспорт.-1997. №7.

60. Полимерные строительные материалы. Сб. трудов ВНИИНСМ. 1973.-ВЫП .35.- С. 31-33, 68-73.

61. Пат. 2031200 Россия. Устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов методом статического продавливания.// Трубопроводный транспорт.- 1996. №5.

62. Пат.5452995 Способ горизонтального бурения. США // Трубопроводный транспорт .-1997. №11.

63. Пат.5515931 США. Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин // Трубопроводный транспорт.-1998. №11.

64. Пат. 5515931. США Способ бурения наклонных и горизонтальныхскважин. // Трубопроводный транспорт.- 1999. №11.71. .Пат. 3807458 (США). Pipe Coatings / bonis G. Royston/

65. Пат. 4233816 (США). Cryogenic fluid transfer line / Henslly Steve L.

66. Пат. 2904141 (ФРГ). Rohrleitung zum Transport von hiebem medium / Jacobsen Fair Dieter.

67. Пат. 2849521 (ФРГ). Leit ungsrohr zum Transport von flussigen oder gasformigen. Medien / Vogelsang Herbert.

68. Ракишев Б.Р. и др. Бурение специальных скважин в мерзлых горных породах. -М.: Недра, 1993. -315с.

69. Рекомендации по расчету трубопроводов из многослойных труб на динамические нагрузки Р451-82. М.: ВНИИСТ, 1982,- с.47

70. Руководство по технологии строительства подводных трубопроводов типа " труба в трубе" для переходов аммиакопровода Тольятти Григорьевский лиман Р. 282 - 77. - М.: ВНИИСТ, 1977.-56 с.

71. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971.- 192 с.

72. Рыбаков А.П. Новая технология бестраншейной прокладки трубопроводов. // Транспорт и подготовка нефти. -1996 .-№ 3.

73. Рябокляч A.A., Лерман М.Г., Мансуров A.C. Справочник монтажника магистральных газопроводов. К.: Буд1вельник, 1978.-280 с.

74. Семерджиев С.Г. Термопластичные конструкционные пенопласты. /Пер. с болг. А.Ш. Койбагорова; под ред. В. А. Брагинского. Л.: Химия Ленинград, отделение, 1979.-129с.

75. Саргсян А.Е. Сопротивление материалов, теории упрзтости и пластичности. М.: АСВ, 1998.-240с.

76. Седов А.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977.-440 с.

77. Сергиев Б.П., Суханов В.А. и др. Испытание новой конструкции подводных переходов аммиакопровода. // Строительство трубопроводов.1981 .-№7.-с. 11, 12.

78. Сиденко В.М., Грушко И.М. Основы научных исследований. Харьков: Вища школа, 1977, 200 с.69. Сиденко В.М., Грушко И.М. Основы научных исследований. - Харьков: Вища школа, 1977.- 200 с.

79. Снищенко Б.Ф. Наклонное бурение как метод пересечения рек нефтепроводами. // Новые технологии и технические средства. Государственный гидрологический институт.

80. Совершенствование технологии строительства скважин в Западной Сибири: Сб. науч. трудов.- Тюмень: СибНИИНП,1985.

81. Строительство подводных трубопроводов. Великобритания. // Трубопроводный транспорт.- 1999. №11

82. Строков A.B., Ширходжаева Г.Р., Петров А.И. Синтез сополимера на основе ацетонформальдегидных и эпоксидных олигомеров // Пластические массы.-1995. №3,-с.11-12.

83. Способ и оборудование для прокладки подводных трубопроводов. Германия. // Трубопроводный транспорт. -1999. №12

84. Свойства и применение вспененных масс. Труды Владимир: ВИИ-ИСС, 1974. -С. 55-95.

85. Справочное руководство по цементировочному оборудованию. М.: 1979.

86. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы. М. Госстрой СССР,1985.

87. СНиП 111-42-80. Магистральные трубопроводы. Правила производства и приемки работ М.: Стройиздат, 1981.

88. СНиП 11-45-75. Нормы проектирования. Магистральные трубопроводы. М.: Стройиздат, 1975- 62 с.

89. СНиП 313.ТС.002-00000. Типовые решения прокладки трубопроводов в ПНУ изоляции. М: ВНИНИЭНЕРГОПРОМ, 1995.

90. Терещенко П.Л. Укладка подводных трубопроводов способом свободного погружения. Д.: Педра,1965.-85с.бодного погружения. Л.: Недра, 1965.-85с.

91. Трубопровод «труба в трубе» для транспортирования высокосернистой нефти через густонаселенный район. // Трубопроводный транспорт нефти.- 1993.-№3.-С. 46-48.

92. Труба в трубе. Великобритания. //Трубопроводный транспорт.-1999.11.

93. Тензометрия в машиностроении. Справочное руководство под ред. P.A. Макарова. М.: Машиностроение, 1975. - 288 с.

94. Уйк Г.К. Тензометрирование аппаратов высокого давления. Л.: Машиностроение, 1974. 191 с.

95. Чирсков В.Г., Березин В.Л., Телегин Л.Г. и др. Строительство магистральных трубопроводов: Справочник. -М.: Недра, 1991.-475с.

96. Чирсков В.Г., Иванцов О.М., Кривошеий Б.Л. Сооружение системы газопроводов Западная Сибирь центр страны.- М.: Недра, 1986. -250с.

97. Чжен В.А., Петров А.И. Пенопласты на основе вспениваемых аце-тонформальдегидных смесей// Пластические массы.-1995.- №1.-С.5-6.

98. Чернов Д.Л. Использование горизонтального бурения при сооружении перехода через водную преграду. // Транспорт и хранение нефти и нефтепроводов.- 1978. -№ 17.

99. Шаповалов Е.В., Хвастунов А.П. Российская технология наклонно-направленного бурения. // Трубопроводный транспорт.- 1998.- №9.

100. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972. - 48 с.

101. Яворский Б.М, Детмаф A.A. Справочник по физике М.: Наука, 1968. -914 с.

102. Brown Robert J. Innovation used in pipeline installation under Artie ice/ Oil and qas Journal. 1978, v 76, > 47, p. 93-94,96,101, 104.

103. Hale Dean. Jnsulated underwater line laid for PARCO in Yava sea. Pipeline and qas Journal, 1974, v.201, p. 41-43, 47.

104. Hyber Peter. Duker konstrurtion und verle qunq in Danemark. - Fern118warme Jnt, 1980, v. 9,' 5, s. 373 376.

105. Mousselly A.H. Method helps, analyze pipelines with thicr concrete coatinq. Oil and Jas Journal, 1978, arp. 10, v. 76, A 15, p. 56-58.

106. Oliver Klinqer, Jr. First pre stressed cryoqenic offliore pipeline is constructed in Maine Pipeline Construction, 1967, v. 22, a 3, p. 10-22.

107. Struber Walter. Verlequnq des Femwarme Leine - dukers in Hannover. - bbr - Brunnenban, Ban, Wasserwerken, Rohrleitunqsban, 1981, v. 32, * 4, s. 149152.

108. Hndersea pepeline acrtic epic. Oilweek, 1978, v. 29,' 21, p. 26-28.

109. Land and Marine ins tails Rio Apure crossinq in Venezuela // Pipeline. -1988, Ylll-Vol. 59, »5.-P. 5.

110. Van Delinder L.S., Hilado C.J. Corrosion Protection for Metals in Contact with Riqid Polyurethane Foam. "Journal jf Cellular Plastics". 1975. 11, №12, p. 25-35.