Лекция № 25 -28. Тема: Транспорт нефти и газа Цель: Изучить способы транспортировки нефти и газа с шельфовых месторождений на берег и к местам назначения.
План 1. 2. 3. 4. Способы транспортировки нефти и газа с шельфовых месторождений на берег и к местам назначения. Морской трубопровод, требования к конструкции трубопроводных систем. Особенности строительства и эксплуатации. Назначение и состав береговых сооружений. Морской судовой транспорт, типы судов, технические средства и технология отгрузки сырья с нефтегазовых и газоконденсатных месторождений. Меры безопасности.
Способы транспортировки нефти и газа с шельфовых месторождений на берег и к местам назначения. Имеются различные варианты создания подводной промысловой системы транспортирования продукции скважин, включающей экспортные, технологические трубопроводы и запорно регулирующие средства: 1. Привязка к существующей платформе. Применение плавучего рабочего судна для обработки, контроля и транспорта продукции скважин в зону загрузки танкеров либо магистральный трубопровод. Этот вариант также пригоден для глубоководных условий (> 200 м), при которых стационарные платформы менее экономичны и периферийные промыслы находятся на значительном расстоянии от существующих плавучих установок. Подача продукции непосредственно на берег с использованием подводных насосов для перекачки на береговую установку либо на удаленную платформу. Этот метод в Северном море еще не нашел применения, но уже серьезно рассматривается. Особого внимания заслуживает конструкция погружных насосов, способных выполнять перекачку продукции на заданное расстояние. Разработка надежного насоса, способного работать под водой, перекачивая одно или многофазную продукцию, обеспечит экономическую жизнеспособность большего числа месторождений. Наиболее выгодным было бы его применение на месторождениях Арктики, продукция которых могла бы поступать на подводный комплекс с последующей перекачкой ее непосредственно на берег. Такой метод даст значительную экономию, исключая использование плавучих судов, стояков или установок для загрузки танкеров. Более того, это обеспечит возможность установки подводных комплексов и их эксплуатации в замерзающих водах после детальной оценки потенциальной опасности повреждения донным льдом.
Морской трубопровод, требования к конструкции трубопроводных систем. Особенности строительства и эксплуатации. n n n Морские трубопроводы, прокладываемые в морских акваториях. Служат для транспортировки нефти, нефтепродуктов, природных и искусственных газов (в т. ч. сжиженных), воды и др. Морские трубопроводы располагают: под дном (заглубленные трубопроводы) на дне (незаглубленные) вблизи дна (погружные). Развитие добычи нефти и газа на многих морях привело к необходимости строительства подводных морских трубопроводов различного назначения.
Первые подводные трубопроводы на Каспий начали прокладывать с конца 40 х и начала 1950 годов. Незначительное удаление нефтепромысловых акваторий Каспия от берега, небольшие глубины моря и потребность в трубопроводах малого диаметра предопределили технику и технологию строительства трубопроводов. Первые трубопроводы диаметром 63 114 мм прокладывали методом протаскивания по дну моря с помощью буровой лебедки. В дальнейшем стали применять метод укладки трубопровода с плавучих средств, с киржима. Последний из указанных методов применяют и в настоящее время для прокладки внутрипромысловых трубопроводов. Начало строительства подводных магистральных трубопроводов связано с открытием газового месторождения Южное в 60 х годах. Для транспортирования газа с этого месторождения на сушу потребовалось строительство магистрального газопровода в условиях открытого моря. Удаленность района добычи газа от берега обусловила разработку новой технологией строительства трубопроводов, по которой заготовка километровых плетей, их антикоррозионная изоляция, балластировка, оснастка транспортными понтонами производятся на береговой монтажно сварочной площадке. При благоприятной погоде километровые плети с монтажной площадки сбрасывают в море и на плаву транспортируют в район строительства, где вместе с понтонами затапливают по трассе (метод свободного погружения). Отдельные плети трубопровода стыкуют на 40 тонном крановом судне, специально оборудованном для этой цели.
По трубопроводным системам различных морских сооружений транспортируются десятки рабочих сред, необходимых для нормальной эксплуатации этих сооружений и всевозможного оборудования. В качестве материалов для изготовления трубопроводов в зависимости от вида транспортируемых рабочих сред и их разрушающей активности применяют углеродистые и нержавеющие стали, чугун, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы, титан, стеклопластик и полиэтилен и другие материалы. Кроме трубопроводные системы включают различные трубопроводные элементы, судовую арматуру, приводы, механизмы, аппараты, цистерны, резервуары, приборы, средства автоматики и другое оборудование. В гражданском строительстве трубопроводные системы принято классифицировать по роду перекачиваемой рабочей среды и в зависимости от этого различают водопроводы, нефтепроводы, газопроводы, аммиакопроводы и т. п.
После извлечения продукта из земли, он должен транспортироваться с моря на берег. Одновременно с монтажом добывающего оборудования, трубоукладочные баржи и бригады занимаются укладкой трубопровода для транспортировки нефти и газа от платформы до места назначения. (рис 1. ) Длина этих барж может доходить до 150 метров, а укладываемые ими трубы до 1525 мм в диаметре. Трубы обычно поставляются длиной 12 метров, и могут быть покрыты бетоном для утяжеления. Трубы приваются друг к другу вдоль линии сборки, проходящей по длине баржи. Вдоль этой линии расположен ряд сварочных постов, где работают высококвалифицированные сварщики на высокоэффективных сварочных машинах. Рис. 1. Трубоукладочная баржа
По мере перемещения каждой следующей трубы на сварочный участок, она становится частью трубопровода, который проходит через корму баржи ко дну моря, и, наконец, к терминалу, находящемуся на расстоянии в несколько сотен миль. Со сварочного участка трубопровод перемещается на участок рентгеноскопии, где каждый новый сварной шов проверяется на наличие дефектов в соединении. Если дефектов не обнаружено, сварной шов покрывается антикоррозийной изоляцией. По мере увеличения длины трубопровода баржа перемешается вперед, каждый раз на несколько метров. После каждого перемещения баржи новый участок трубопровода, приваренный, подвергнутый рентгеноскопии и заизолированный, спускается с кормы в воду, вниз по наклонной площадке, называемой стингером. Стингер поддерживает трубу до некоторого расстояния под водой и направляет ее под небольшим углом на морское дно. По мере движения трубоукладочной баржи, она тянет за собой плуг, который роет траншею на морском дне. Трубопровод укладывается в траншею, где он будет защищен от повреждения путем естественной замывки или засыпки. Морские течения перемещают песок, вырываемый плугом, обратно в траншею, покрывая трубопровод. В процессе укладки труб водолазы постоянно инспектируют стингер и трубопровод. Они следят за отсутствием препятствий на морском дне, правильной укладкой трубопровода и надлежащим положением стингера. Затем, после завершения прокладки трубопровода к платформе, водолазы подсоединяют его к стояку, участку трубопровода, который поднимается с морского дна к палубе и крепится к конструкции.
До эксплуатации трубопровода он должен быть спрессован и проверен на плотность. Аналогично, все оборудование на палубе, трубопровод и проводка, клапаны и переключатели, насосы и системы, извлекающие сырую нефть из земли, очищающие ее и проталкивающие ее в сторону берега, должны быть многократно испытаны, чтобы убедиться в безотказной работе и отсутствии опасности для человека или окружающей среды. Позже укладка глубоководных трубопроводов была выполнена по новой технологии, сущность которой заключается в том, что для регулирования напряжения в трубопроводе в процессе его погружения на дно моря были применены разгружающие понтоны взамен направляющего устройства стингера. Это позволило значительно уменьшить изгиб трубопровода и тем самым обеспечить безаварийную его укладку в жестких гидрометеорологических условиях. Трубопроводы могут быть проложены в различные места. Одни ведут к морским сборочным станциям, где нефть и газ подвергаются дальнейшему разделению, направляются обратно в трубопровод и к берегу для дополнительной переработки. Другие трубопроводы заканчиваются на берегу в больших нефтебазах, где жидкие углеводороды хранятся для последующего распределения по нефтеперерабатывающим заводам. Углеводороды могут транспортироваться по подземному трубопроводу прямо на нефтеперерабатывающий завод, или к морскому терминалу для погрузки на танкеры, направляющиеся в другие части света.
Назначение и состав береговых сооружений. n n n К береговым сооружениямереговые сооружения относят: Дамбы Искусственные острова Маяки Пирсы Штормовые барьеры Дамба— гидротехническое сооружение периодического действия, ограждающее акваторию или территорию от воздействий водных стихий. Например, дамба обвалования ограждает территорию (город, сельхозугодия) от весеннего половодья; дамба аванпорта в составе гидроузла, примыкающая к шлюзу, защищает от волн и течений и тем самым обеспечивает спокойный подход, шлюзование и выход судна. Дамба, в отличие от плотины — периодически напорное или вовсе безнапорное сооружение (за исключением случаев, когда дамба строится для ограждения местности ниже уровня моря или грунтовых вод), призванное оградить какую либо территорию или акваторию от волн, паводков и пр. ; Плотина — сооружение, рассчитанное на постоянный напор (напор всегда есть, но его величина может варьироваться). Как правило, плотина отличается от дамбы наличием искусственно созданного водохранилища.
Виды дамб n n n n Различают дамбы: напорные оградительные (ограждающие или защитные дамбы, предназначенные для защиты низменностей в долинах крупных рек и морских побережий от затопления); безнапорные (для регулирования русел рек). По способу построения: естественные (поток воды может наносить бревна или льдины и устраивать затор); рукотворные (созданные людьми). По материалу дамбы: грунтовые (по методу возведения подразделяются на намывные, насыпные и созданные с помощью направленного взрыва); каменные; из каменной кладки; каменно земляные; бетонные; железобетонные (по конструктивным признакам: гравитационные, контрфорсные, арочные); из металлоконструкций; деревянные; из специальных искусственных материалов. По срокам, на которые возводятся: постоянные; временные (например, дамбы из мешков с песком на время наводнений, для отведения водного потока на время проведения строительных работ в русле
Искусственный остров —стационарное гидротехническое сооружение на открытой акватории, построенное из донных и береговых грунтов, естественного и искусственного льда, обломков скал, камня и т. п. Искусственный остров используют для бурения разведочных и эксплуатационных скважин, размещения нефтяных и газовых промыслов, перевалочных баз технического снабжения, в качестве укрытий для отстоя технического и вспомогательного флота, посадочных площадок для вертолётов и самолётов. Искусственные острова, используемые для разведочного бурения, имеют срок службы 1 3 года, диаметр рабочей площадки 50 100 м. Эксплуатационные острова рассчитаны на круглогодичную работу в течение всего времени эксплуатации месторождения (20 30 лет), диаметр их рабочей площадки 500 600 м, горизонтальная ледовая нагрузка 850 т на 1 м диаметра острова, толщина ледяного покрова 4 6 м. С учётом всех коэффициентов запаса искусственный остров должен выдерживать нагрузку около 1300 т на 1 м диаметра. При долговременной эксплуатации острова предусматривается защита от наползающего льда. В акваториях с тяжёлым ледовым режимом искусственные острова сооружаются на глубине 20 м и более, в незамерзающих морях — на глубине нескольких метров.
Различают искусственные острова грунтовые (талые и мёрзлые), ледогрунтовые и ледяные. каменные отсыпки при помощи шаланд и саморазгружающихся барж Каждый из этих типов может быть в свою очередь подразделён на подтипы и модификации в зависимости от сочетания материалов, способов защиты от эрозии, назначения, срока эксплуатации и пр. При строительстве грунтовых искусственных островов (песчаных, глинистых, крупнообломочных, каменных) применяются землесосные снаряды и землечерпалки, шаланды, саморазгружающиеся и самоопрокидывающиеся баржи, плавучие и самоходные краны, бульдозеры, автосамосвалы, катки для уплотнения грунта и пр. Наиболее экономичный способ сооружения грунтовых искусственных островов — намыв высокопроизводительными землесосными снарядами. На мелководьях при незначительном удалении от берега острова насыпаются из грунта, завозимого автотранспортом по льду. Чаще всего применяют комбинации перечисленных средств. Откосы искусственных островов быстро размываются, выполаживаются, принимают естественное заложение 1: 15 1: 20, при этом полезная площадь острова сокращается.
Надводные и подводные откосы искусственных островов, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, укрепляются с целью предотвращения волновой и ледовой эрозии путём каменной отсыпки, укладки мешков с песком, габионов, шпунтовых стенок, железобетонных плит, массивов гигантов (рис. 2, рис. 3, рис. 4, рис. 5). Рис. 2 Рис. 3 Рис. 4 Рис. 5 Ледогрунтовые искусственные острова (рис. 6) сооружают отсыпкой или намывом грунта с погребёнными под ним прослойками или блоками льда (естественно или искусственно намороженного). Их сооружают в основном в зимний период, реже летом, путём погребения под намывным грунтом плавучей многолетней (паковой) льдины. Рис. 6
Строительство ледяных островов возможно только в холодное время года после установления на акватории неподвижного ледяного покрова, способного выдержать нагрузку от работающих людей и механизмов (рис. 7). Рис. 7 В качестве строительного материала используются блоки из естественного льда либо лёд, искусственно намороженный способами послойного налива, набрызга и импульсного полива на наклонную поверхность. Поверхность ледяных искусственных островов покрывают слоем песка толщиной около 1 м для предохранения от термоэрозии и улучшения устойчивости сооружения. Боковую поверхность ледяных искусственных островов защищают металлическими оболочками с прослойками теплоизоляции, принудительно промороженным песчаным кольцом и др. либо при сооружении острова заведомо увеличивают его диаметр с учётом разрушения краевой зоны в межледовый период.
Морской судовой транспорт, типы судов, технические средства и технология отгрузки сырья с нефтегазовых и газоконденсатных месторождений. Меры безопасности. Нефтепродукты перевозят на специализированных судах танкерах, которые в зависимости; от дедвейта получили следующую градацию: 30 70 тыс. т (Super Tanker); 70 150 тыс. т (Mammoth Tanker); 150 300 тыс. т VLCC (Very Large Crude Carrier); 300 800 тыс. т ULCC (Ultra Large Crude Carrier). Нефтепродукты объединяют по каким либо общим признакам в группы, каждой из которых дают соответствующее наименование. По условиям хранения и транспортировки все нефтепродукты разделяют на следующие группы: светлые нефтепродукты бензин, керосин, лигроин и некоторые сорта дизельного топлива; темные нефтепродукты мазут, моторное топливо, сырая нефть; масла все сорта масел; прочие нефтепродукты остальные нефтепродукты, не вошедшие в первые три группы. Основными свойствами наливных грузов, которые важно знать в процессе их транспортировки, являются: плотность, температура вспышки, вязкость, температуры застывания и помутнения, испаряемость, теплофизические характеристики, специфические свойства (пожароопасность, вредность).
Подготовка танкера к перевозке нефтепродуктов включает в основном три этапа: n подготовку грузовых танков; n проверку непроницаемости трубопроводов грузовой и зачисткой систем, клинкетов, механизмов, обслуживающих грузовые танки; n проверку технической исправности систем подогрева груза, газоотводной и систем пожаротушения и орошения палубы. Планирование работ по подготовке грузовых танков зависит от продолжительности балластного перехода. Такой план включает в себя порядок каждой операции подготовки танкера, ее трудоемкость и расчет необходимого числа людей и материалов. Одной из трудоемких работ является мойка грузовых танков. При длительных балластных переходах танки моют даже в том случае, если предстоит погрузка однородного груза. Под зачисткой грузовых танков понимают процесс удаления с днища, стенок и набора слоя нефтеостатков после того, как слит основной груз. После выгрузки нефтепродуктов в танках остается около 1% груза, что зависит от грузовой и за чисткой систем, наличия подогрева, конструкции судна и т. п.
Существуют три способа очистки поверхностей грузовых танков нефтеналивных судов: ручной; механизированный; химико механизированный. Ручной способ - это низко производительный способ, требующий много времени и средств. Порядок зачистки грузовых танков при этом следующий. После прокачки холодной забортной водой каждый танк подвергается пропариванию паром в течение нескольких часов. Когда температура в танках снизится до 30 40 °С, после их вентилирования туда посылают двух мойщиков, которые скатывают горячей водой (30 45 °С) все поверхности танков из шлангов под давлением не более 0, 6 МПа. Мойщики должны быть полностью одеты в защитную одежду и использовать шланговые или изолирующие дыхательные аппараты. Механизированный способ осуществляется водой, которая в танки подается под давлением через специальные моечные машины гидромониторы. Мойка осуществляется в основном забортной водой различной температуры или растворами моющих средств. Химико-механизированный способ мойки танков должен удовлетворять следующим требованиям: обеспечению хорошего качества отмыва и сокращению его сроков, снижению времени нахождения судна под очисткой, исключению слива нефтепродуктов в море.
n n Загрузку танкера осуществляют на основании согласованного и утвержденного капитаном грузового плана и под руководством одного из помощников капитана. Количество принимаемого танкером груза ограничивается величиной запаса плавучести, который должно иметь судно к моменту окончания погрузки. Поскольку наливное судно в загруженном состоянии имеет прогиб корпуса, оно погружается по грузовую марку раньше, чем использован его дедвейт, т. е. танкер оказывается недогруженным. При неправильной загрузке судна может возникнуть перегиб, при котором танкер погружается по грузовую марку уже после того, как полностью использована его грузоподъемность. При нормальной загрузке танкера необходимо предусматривать: максимальное использование грузоподъемности и грузовместимости судна при условии обеспечения сохранности груза во время погрузки, перевозки и выгрузки; наилучшую технологическую схему погрузки, позволяющую достичь сокращения продолжительности грузовых операций до минимума при условии обеспечения пожарной безопасности; рациональное распределение грузов и переменных запасов по длине судна, исключающее возникновение чрезмерных напряжений корпуса; обеспечение нормальной остойчивости, дифферента и осадки судна на всех этапах рейса, т. е. во время грузовых операций и на переходе.
Для контроля качества принимаемого нефтепродукта и с целью защиты своих прав при возможных претензиях грузо отправителей капитан судна организует отбор проб груза. Отбор проб из грузовых танков производят в соответствии с действующими стандартами и техническими условиями. Порядок отбора сверху вниз с трех уровней: одна часть на 200 мм ниже поверхности груза, три части с середины высоты взлива нефтепродукта, одна часть на уровне, отстоящем от днища танкера на 250 мм. Если требуется установить качество нефтепродукта на самом нижнем уровне, отбирают донную пробу, которую анализируют отдельно. Отбор проб из берегового трубопровода (трубопроводная проба) производят из контрольного краника, расположенного в конце берегового трубопровода на причале. Пробу берут в начале погрузки (из первой струи), затем через определенные промежутки времени. Пробы отбирает представитель инспекции по качеству с участием представителя судна. Отобранные пробы хранят на танкере до окончания погрузки под наблюдением вахтенного, после чего из них составляют смесь. Полученный таким образом средний образец наливают в две литровые бутылки, одну из которых, опечатанную сургучной печатью отправителя, передают второму помощнику капитана на хранение. Трубопроводная проба является арбитражной. Пробы хранятся 2 мес. при перевозке в малом каботаже и 6 мес. при перевозке в большом каботаже и загранперевозках.
n n n Для выполнения расчетов, связанных с распределением груза по танкам, необходимы следующие исходные данные: высота каждого танка коэффициент незаполненного объема в танках удельный вес жидкого груза Далее эти данные способствуют нахождению необходимых данных по справочным таблицам. Для того чтобы нефтепродукты были доставлены к месту назначения в соответствующем качестве, необходимо строго соблюдать все правила и технологию перевозки нефтепродуктов морем.
Глоссарий Давление избыточное разность двух абсолютных давлений, наружного гидростатического и внутреннего. Испытательное давление нормированное давление, при котором производится испытание трубопровода перед сдачей его в эксплуатацию. Испытание на герметичность гидравлическое испытание давлением, устанавливающее отсутствие утечки транспортируемого продукта. Испытание на прочность гидравлическое испытание давлением, устанавливающее конструктивную прочность трубопровода. Номинальный диаметр трубы наружный диаметр трубы, указанный в стандарте, по которому поставляются трубы. Номинальная толщина стенки трубы, указанная в стандарте, по которому поставляются трубы. Надежность морского трубопровода способность трубопровода непрерывно транспортировать продукт в соответствии с установленными проектом параметрами (давление, расход и другие) в течение заданного срока эксплуатации при установленном режиме контроля и технического обслуживания. Допускаемые напряжения максимальные суммарные напряжения в трубопроводе (продольные, кольцевые и тангенциальные), допускаемые нормами. Заглубление трубопровода положение трубопровода ниже естественного уровня грунта морского дна. Величина заглубления разница между уровнями расположения верхней образующей трубопровода и естественным уровнем грунта морского дна. Длина провисающего участка трубопровода длина трубопровода, не соприкасающегося с морским дном или с опорными устройствами. Прокладка морского трубопровода комплекс технологических процессов по изготовлению, укладке и заглублению морского трубопровода.