Проектирование подводного перехода методом ННБ

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТИХООКЕАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА «МОСТЫ, ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА МЕТОДОМ ННБ

по дисциплине «Проектирование и строительство трубопроводов через водотоки»

Хабаровск - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ МЕТОДА ННБ

1.2 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ННБ

1.3 СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ СПОСОБОМ ННБ

2. РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА МЕТОДОМ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

2.1.1 ПОДГОТОВКА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК И УСТАНОВКА БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

2.1.2 ПОДГОТОВКА ПЛЕТИ ТРУБОПРОВОДА

2.1.3 БУРЕНИЕ ПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ

2.1.4 РАСШИРЕНИЕ СКВАЖИН

2.1.5 ПРОТАСКИВАНИЕ ПЛЕТИ ТРУБОПРОВОДА

2.2 ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

2.3 РАСЧЕТ ДЛИНЫ СКВАЖИНЫ ТРУБОПРОВОДА

3. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

3.1 ОХРАНА ТРУДА

3.2 АНАЛИЗ РИСКА АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

3.3 ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

3.4 ПЛАН ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит 1 лист чертежа формата А1, пояснительную записку на 33 листах формата А4, включающую 1 рисунок, 1 таблицу, 9 литературных источников.

Объектом исследования является проектирование подводного перехода методом наклонно-направленного бурения.

Цель работы - расчет подводного перехода, пройденного методом ННБ.

Расчет перехода включает в себя:

- расчет длины скважины трубопровода;

- составление характеристики перехода (в табличной форме);

- подбор по основным параметрам скважины установки для выполнения работ.

ВВЕДЕНИЕ

Подводный переход -- особый конструктивный элемент линейной части магистрального трубопровода, который представляет потенциальную опасность для окружающей среды. Поэтому в свое время был выпущен ряд нормативно-технических документов, определяющих правила проектирования, строительства и эксплуатации подводных переходов, общим принципом которых является предупреждение аварийных разливов нефти или выхода газа при сохранении эффективности трубопроводной системы. Однако разработчики этих документов не могли предусмотреть на много лет вперед всех возможных сценариев развития ситуации на подводных переходах, что в ряде случаев привело к значительным экономическим потерям.

Практика эксплуатации подводных переходов магистральных трубопроводов показала, что для предотвращения серьезных аварий и своевременного проведения планово-предупредительного ремонта необходимо периодическое обследование технического состояния подводного перехода.

Для анализа риска возникновения аварий важно определить набор типичных аварийных ситуаций, с той или иной степенью вероятности их возникновения в зависимости от старения металла труб, повреждения изоляции, размыва подводных переходов и других технических и антропогенных факторов.

Система технического обслуживания и ремонта подводных переходов предусматривает организацию работ, обеспечивающую безопасность трубопроводов при надлежащем уровне контроля, выбор рациональных методов предупреждения аварийных ситуаций, а также готовность к их ликвидации.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 АКТУАЛЬНОСТЬ МЕТОДА ННБ

Наиболее распространенные траншейные способы сооружения подводных переходов трубопроводов наряду с их достоинствами имеют ряд существенных недостатков и в полной мере не отвечают современным требованиям -- необходимому уровню конструктивной надежности и защите окружающей среды. Основными недостатками траншейного способа являются большой объем земляных и трудоемких водолазных работ, необходимость громоздких, утяжеляющих пригрузов или других средств, удерживающих трубопровод в проектном положении в обводненной траншее. Механизированная разработка нижних слоев грунта береговых и русловых участков переходов, особенно в сочетании с взрывными работами, наносит ущерб экологическому состоянию водоемов. Значительный ущерб наносится при строительстве переходов магистральных трубопроводов через крупные реки.

После окончания строительства переходов часто не восстанавливаются русла рек, происходит заболачивание поймы, происходит обрушение берегов, нарушается гидрологический режим. Между тем крупные реки играют большую роль. Это и места нерестилищ, и кормовые угодья для рыб, и судоходные пути.

С учетом всех этих факторов одной из основных и все более актуальных задач, стоящих перед строителями магистральных трубопроводов, в последние 20 лет стала задача создания методов и технологий, обеспечивающих наименьшее нарушение окружающей среды, снижение трудоемкости работ, сокращение сроков их выполнения. К таким методам относятся наклонно-направленное бурение и микротоннелирование.

Преимущества метода ННБ:

- экологическая безопасность, сохранность дна, берегов реки, водного режима реки за счет исключения подводных и береговых земляных, буровзрывных, берегоукрепительных и других работ;

- отсутствие помех судоходству; минимальный объем вынутого грунта; значительное сокращение сроков строительства; уменьшение эксплуатационных затрат;

- долговечность;

- надежная защита от внешних механических повреждений, в том числе от воздействия льдов и якорей судов в результате более глубокого заложения трубопровода;

- отсутствие опасности обнажения трубопровода при размывах русел рек;

- возможность строительства: при отрицательных температурах, на ограниченных по площади строительных площадках, в стесненных условиях, под гидротехническими сооружениями и глубоко расположенными коммуникациями, в вечной мерзлоте.

К недостаткам метода ННБ, ограничивающим его применение, относятся:

- большие единовременные затраты на приобретение оборудования;

- необходимость глубокого (до 40 м от дна) геотехнического бурения и гидрогеологических изысканий;

- сложность проходки в галечниковых, валунных, илистых и карстовых грунтах;

- повышенные требования к устойчивости береговых откосов.

Несмотря на все недостатки, метод ННБ является одним из самых прогрессивных в строительстве подводных переходов.

1.2 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ННБ

Для оценки возможности и целесообразности применения ННБ учитываются следующие факторы:

- результаты инженерных изысканий, в состав которых входят геодезическая съемка, геологические, гидрогеологические, гидрометрические, гидрометеорологические, геокриологические, экологические изыскания, оценка магнитного фонового состояния;

- наличие и особенности хозяйственной инфраструктуры в районе расположения перехода, состояние и условия эксплуатации гидротехнических сооружений, условия взаимного влияния различных сооружений при их эксплуатации; характерные особенности местности.

Для строительства трубопроводов методом ННБ наиболее благоприятны реки (при доступной ширине и геологии русла и берегов), имеющие ленточно-грядовый, побочневый и ог-раниченно-меандрирующий типы руслового процесса, а также русловую многорукавность, где русловые процессы в рукавах развиваются по тому же типу. Существуют проблемы, связанные с применением ННБ на реках, имеющих типы руслового процесса в виде свободного меандрирования, незавершенного меандрирования и пойменной многорукавности. Эти условия характеризуются большими и трудно прогнозируемыми плановыми деформациями, широкой и низкой поймой, разновысотностью береговых склонов, что представляет большие сложности для ННБ. В этих условиях применение ННБ допускается только в случаях с незначительными параметрами русел этих рек (ширина, высота, состояние берегов, скорости их размыва и др.), с последующим прогнозированием условий их дальнейшего развития и разработкой дополнительных мер по их стабилизации и предупреждению опасных русловых процессов.

Применение ННБ ограничено также на участках рек, русло и берега которых сложены из скальных пород выше IV категории прочности или грунтов с большим содержанием галечника (более 30 %) крупностью 5 -- 10 мм и валунов.

Существуют и другие ограничения, которые необходимо учитывать при принятии решения о применении ННБ. Например, наличие в грунтах по трассе трубопровода карстов, обводненных песков, ила, оползней.

1.3 СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ СПОСОБОМ ННБ

Строительство подводных переходов трубопроводов способом ННБ, в зависимости от характеристики водных преград, типа используемых буровых установок, технологии бурения, конструктивных параметров бурового оборудования и протаскиваемого трубопровода (длины криволинейного участка, диаметра и др.), осуществляется по различным технологическим схемам, имеющим определенные различия.

Сущность метода заключается в том, что по створу перехода под руслом реки пробуривается скважина, по которой с берега на берег протаскивается трубопровод.

Общим для всех технологических схем является:

- бурение пилотной скважины;

- расширение скважины в один или несколько приемов в различных направлениях -- прямом и обратном;

- протаскивание трубопровода в разработанную скважину.

Буровая головка установки ННБ наклонена таким образом, что постоянное вращение буровой штанги в сочетании с нажимом создает прямолинейную скважину. В результате получается скважина заданной кривизны. Нажим без вращения приводит к отклонению штанги от заданного направления.

При бурении в скальных породах вращение и нажим могут комбинироваться с ударным воздействием молота. Для разработки скальных пород и других твердых формаций используется гидравлическая энергия импульсных струй высокого давления, генерируемая гидрозабойным двигателем.

Существуют установки направленного бурения, которые не требуют для своей работы бурового раствора, что делает их особенно привлекательными в том случае, когда рабочее пространство ограничено.

Устройство управления процессом бурения размещается за долотом буровой колонны. При движении в скважине полученная с его помощью информация позволяет следить за траекторией и направлением бурения. Эта информация постоянно записывается наземной компьютерной системой. На втором этапе в обратном или прямом направлении пилотную скважину расширяют путем разбуривания. Расширение производят столько раз, сколько необходимо, чтобы расширить скважину до диаметра укладываемой трубы. В случае прямого расширения буровую трубу присоединяют как впереди, так и позади расширителя. Расширитель протаскивается, а какое-либо устройство (трактор, трубоукладчик) поддерживает тяговое усилие с выходной стороны, в то время как крутящий момент и вращение прилагаются со стороны входа. Расширяющий элемент для гидромониторного бурения помещается впереди расширителя и позволяет держать скважину открытой для циркуляции бурового раствора. Для расширения пилотной скважины до большого диаметра позади расширителя помещают невращающийся стабилизатор для правильного центрирования буровой трубы в скважине. Буровые трубы поочередно наращиваются в процессе бурения, а каретка станка обеспечивает поступательно-вращательное движение буровой колонне. К выходному концу буровой колонны присоединяется вертлюг; он необходим для обеспечения тягового усилия. В случае обратного расширения буровой станок тянет расширитель в направлении входа скважины и прилагает тяговое и вращательное усилие.

Перед протаскиванием трубопровода при необходимости производится калибровка скважины (зачистка и укрепление стенок) с помощью цилиндрического расширителя. Окончательный диаметр подготовленной скважины должен не менее чем на 25 % превышать диаметр протаскиваемого трубопровода. В подготовленную траншею протаскивается трубопровод. При устойчивых стенках скважины этап протаскивания можно совместить с последним этапом расширения. Дюкер собирается на выходном конце скважины и сваривается в единое целое. Специальный оголовок соединяется с дюкером и затем присоединяется к буровой колонне. Буровая колонна с помощью бурового станка вытягивается назад, а бурильные трубы удаляются по мере протаскивания дюкера.

2. РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 ТЕХНОЛОГИЯ СООРУЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО ПЕРЕХОДА МЕТОДОМ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Процесс бурения установкой ННБ включает в себя четыре этапа:

- бурение пилотной скважины;

- расширение скважины вперед или назад;

- калибровка скважины;

- протаскивание дюкера ходом назад.

На первом этапе пробуривается пилотная, направляющая скважина, диаметр которой меньше диаметра дюкера.

Диаметр пилотной скважины не превышает 20 см. Бурение может производиться с использованием, например, струйной шарошки, которая с помощью гидравлической энергии бурового раствора размывает породы. При пилотном бурении используются различные системы навигации, предназначенные для проведения скважины по заданной траектории от ее входа до выхода.

Второй этап -- расширение скважины до необходимого размера. Диаметр скважины должен быть больше диаметра трубопровода на 30--50 %. При проходке не должно быть такой ситуации, когда диаметр пропускаемых по скважине каких-либо устройств равнялся бы диаметру скважины. Размер этих устройств должен быть значительно меньше диаме тра скважины. Расширение можно производить двумя способами:

1) расширение ходом вперед. При этом способе буровой расширитель проталкивается со стороны входа скважины к ее выходу с помощью бурового става. Расширитель, размещенный на входной стороне, при своем вращении режет породы, увеличивая диаметр скважины и перпендикулярность ее к плоскости забоя;

2) расширение ходом назад. При этом способе расширитель с помощью буровой установки перемещается от выхода к входу.

Третий этап бурения -- калибровка. Как только скважина будет расширена до необходимого диаметра, барабанный расширитель, имеющий тот же диаметр, что и трубопровод, протаскивается по скважине. Скважина после этого будет, откалибрована и очищена от любых помех, которые могут существовать внутри расширенной скважины. На обоих концах барабанного расширителя имеются резцы, позволяющие расширителю вырезать и удалять вывалы, которые могут затруднять перемещение барабанного расширителя по скважине.

Четвертый этап -- протаскивание трубопровода. Головная часть протаскивателя подсоединяется к бурильным трубам, проходящим по скважине к буровой установке. Протаскива-тель имеет шарнирный соединитель, позволяющий головной части изгибаться так, чтобы трубопровод мог пройти в скважину. Кроме того, протаскиватель оснащен спереди режущей головкой, для того, чтобы при встрече с каким-нибудь препятствием внутри расширенной скважины бурильные трубы смогли быть приведены во вращение и режущая головка смогла бы удалить препятствие и открыть дорогу для протаскивания трубопровода по скважине.

Система проталкивания трубопровода состоит из цангового зажима, якорного устойства, системы поддержки трубопровода, системы полиспастов и лебедки. Размещается эта система на стороне выхода скважины и предназначена для облегчения работы буровой установки при проталкивании трубопровода по скважине. Система проталкивания может быть использована для разных диаметров труб.

Технология сооружения подводного перехода методом наклонно-направленного бурения включает в себя несколько этапов:

- подготовка строительных площадок и установка бурового оборудования;

- подготовка плети трубопровода;

- бурение «пилотной» скважины;

- расширение скважины;

- протаскивание плети трубопровода;

- испытание подводного перехода;

- утилизация отходов и рекультивация загрязненных земель.

2.1.1 ПОДГОТОВКА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДОК И УСТАНОВКА БУРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Участок по производству работ по наклонно-направленному бурению, расположенный по обеим берегам реки, представляет из себя две отдельных строительных площадки. Установка наклонно-направленного бурения доставляется на площадку в виде блоков.

Размещение основных компонентов буровой установки (наклонной платформы, бурильных труб и передвижной будки оператора) привязывается к точке входа. Наклонная платформа буровой установки располагается на одной линии с направлением ствола скважины и смещена от точки входа назад на 8 м. Для восприятия нагрузки, развиваемой буровой установкой в процессе протаскивания плети трубопровода, перед передней кромкой буровой установки сооружается шпунтовая стенка глубиной 12 м и шириной 10 м.

Для подготовки плети рабочего трубопровода будет использоваться площадка, длина которой соответствует длине бурения (850 м - исходя из предыдущего опыта применения метода ННБ на данном переходе), а ширина составляет 12 м. Передний конец подготавливаемой плети трубопровода должен отстоять от точки выхода не менее чем на 60 м, чтобы обеспечить место для складирования бурильных штанг, расширителей и для операций с ними. Рабочая площадка для сборки протягиваемого трубопровода должна быть расчищена, и выравнена в той степени, которая позволит проводить работы по выставлению роликоопор на грунтовое основание.

2.1.2 ПОДГОТОВКА ПЛЕТИ ТРУБОПРОВОДА

Подготовка плети трубопровода включает следующие технологические операции:

- вывозка труб и раскладка труб;

- сборка стыков и сварка плети трубопровода;

- контроль качества сварных стыков;

- изоляционные работы;

- гидроиспытание плети (1-й этап) - до протаскивания;

- расстановка роликоопор;

- укладка плети на роликоопоры.

В соответствии со СНиП 2.05.06.-85* участок переукладки отнесен к катогории Трубопровод на участке переукладки категории «В» должен быть подвергнут 100% контролю сварных стыков радиографическим методом. Технологические процессы монтажа и сварки трубопроводов должны выполняться в соответствии с требованиями.

Защиту трубопровода от почвенной коррозии выполняет трехслойное изоляционное покрытие из экструдированного полиэтилена, толщиной не менее 3 мм, наносимое в заводских условиях.

Изоляция сварных соединений производится манжетами из армированного стекловолокном термоусадочного полимерного материала типа DIRAX-40000-24, устанавливаемыми на эпоксидный праймер. Толщина манжеты после полной усадки составляет 3,5 мм. Конструкция изоляционного покрытия должна отвечать общим требованиям к защите от коррозии, согласно ГОСТ 25812-83. Изоляционное покрытие должно выдержать испытание на сплошность искровым дефектоскопом в соответствии с требованиями НТД.

2.1.3 БУРЕНИЕ ПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ

Бурение пилотной скважины будет осуществляться роторным методом бурения, которое осуществляется путем разрушения породы долотом, приводимым в движение ротором через буровую колонну. Изменение направления движения забойного инструмента происходит путем ориентирования отклонителя в нужном направлении и последующего осевого движения до закрепления траектории. Ориентирование отклонителя осуществляется путем поворота буровой колонны. Движение по прямой осуществляется при осевом движении и вращении буровой колонны одновременно. Внутри буровой колонны крепится кабель для съемки D_бк=0,127 м, толщиной стенки д_бк=0,012 м. Характеристики используемой буровой колонны жестко не регламентированы. Основное требование - буровая колонна должна удовлетворять условиям прочности при проведении технологических операций строительства перехода. Характер изменения тягового усилия зависит от используемых бурильных труб, но на конечное значение усилия протягивания типоразмер применяемых бурильных труб не влияет, поскольку к этому моменту бурильная колонна находится на берегу.

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на успех работ по бурению перехода, является качество бурового раствора. В процессе наклонно-направленного бурения буровой раствор выполняет следующие важнейшие функции:

- водонасыщение и размягчение грунта и его последующее разрушение (размыв) давлением струй, истекающих из насадок на забойном буровом инструменте и расширителях;

- вынос из скважины на поверхность частиц разбуренной породы;

- уменьшение трения при вращении буровой колонны и работе бурового инструмента;

- охлаждение и очистка бурового инструмента;

- поддержание устойчивости стенок скважины, предотвращение обвалов и осыпей;

- удержание частиц разбуренной породы во взвешенном состоянии при остановках бурения;

- кольматация стенок скважины для предотвращения попадания грунтовых вод в полость скважины и поглощения бурового раствора окружающей породой.

Буровой раствор, используемый при наклонно-направленном бурении, представляет собой суспензию соответствующим образом приготовленного глинистого порошка в воде. При этом в качестве глины используется бентонит, вода забирается из реки в районе строительства. Бентонит представляет собой пластичную, коллоидальную глину, состоящую в основном из монтмориллонита. Бентонит характеризуется такими параметрами как набухание и способность гелеобразования при диспергировании в воде. При набухании он увеличивает Основным параметром, характеризующим способность бентонита к набуханию, является выход бентонитового раствора, измеряемый в м³/т (т.е. в кубометрах раствора, получаемого из тонны глинопорошка при стандартных условиях).

Объем получаемого бурового раствора, зависящий от характеристики бентонита, вязкости раствора и других параметров, должен составлять не менее 15 м³/т.

Основными добавками, увеличивающими выход бентонитового раствора, являются кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) и специальные полимеры, позволяющие увеличить выход раствора до 30-40 м³/т, то есть расход бентонита при той же вязкости раствора сокращается в 2-2,5 раза.

2.1.4 РАСШИРЕНИЕ СКВАЖИН

Площадь поперечного сечения скважины должна быть больше поперечного сечения рабочего трубопровода. Поэтому перед протаскиванием трубопровода скважина должна быть расширена.

Расширение скважины осуществляется путем последовательного протаскивания специальных устройств - расширителей, через ствол пилотной скважины.

Расширители закрепляются на бурильной колонне в точке выхода ствола, приводятся во вращение и протаскиваются по направлению к буровой установке, благодаря чему производится расширение ствола пилотной скважины.

2.1.5 ПРОТАСКИВАНИЕ ПЛЕТИ ТРУБОПРОВОДА

Оголовок для протаскивания должен быть смонтирован на передний конец плети. Для изготовления оголовка требуется полусферическая заглушка. На заглушку будет наварена тяговая рама из конструкционной стали и кронштейн для закрепления переднего конца трубы кабеля связи.

После завершения последнего прохода расширителя к концу буровой колонны у места выхода скважины последовательно присоединяются: калибратор, шарнир и оголовок плети. Шарнир служит для того, чтобы на плеть не передавался крутящий момент. Одновременно с вращением калибратора буровая установка тянет плеть на себя. В процессе протаскивания трубопровод перемещается по роликоопорам. Площадка в зоне выхода скважины должна быть тщательно спланирована для того чтобы трубоукладчики могли вывесить плеть перед входом в скважину по расчетной кривой, обеспечивающей изгибные напряжения в трубе не более допустимых и вхождение плети в скважину без перекоса. Для поддержания трубопровода в зоне входа в скважину используются мягкие полотенца.

В процессе протаскивания плети необходимо регулировать ее вес (плавучесть) для уменьшения трения плети о стенки скважины.

Протаскивание плети трубопровода осуществляется усилием, развиваемым которой расположен калибратор, который соединен с тяговым оголовком плети через вертлюг. При протаскивании секция труб опирается на опоры, снабженные роликами с полиуретановым покрытием для сведения к минимуму растягивающих усилий и предотвращения повреждения изоляции трубопровода.

2.2 ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Построение продольного профиля трубопровода бестраншейными методами строительства, зависящего от характеристики водной преграды, параметров прокладываемого трубопровода, используемой техники и технологии бурения скважины, экологических условий района строительства и других факторов, выполняется при проектировании подводного перехода и может, при необходимости, уточняться перед началом работ с учетом дополнительных исходных данных по переходу и условиям строительства.

Продольный профиль ствола скважины представляет собой пологую кривую, состоящую из сопрягаемых между собой прямолинейных и криволинейных участков с определенными радиусами, которые определяются радиусом естественного изгиба протаскиваемого трубопровода. Углы входа и выхода буровой головки относительно горизонта, протяженности прямолинейных и криволинейных участков, а также радиусы изгиба представляются в чертежах Рабочего проекта, в соответствии с которыми производится бурение пилотной скважины.

При описании профиля приводятся параметры, позволяющие однозначно определить профиль скважины - углы входа и выхода бурильного инструмента, длины участков и радиусы искривления.

Наиболее типичным являются профили:

- состоящие из двух прямолинейных граничных участков и центрального, искривленного по радиусу, участка;

- профили, включающие дополнительно центральную прямолинейную вставку.

Если позволяют условия проектирования, то длина центральной вставки должна превышать 50 м (около пяти бурильных труб) в целях получения возможности корректировать профиль при бурении скважины.

Длина перехода определяется расстоянием между точкой забуривания пилотной скважины и местом ее выхода и характеризуется углами входа и выхода бура. Границами русловой части подводного перехода, выполненного бестраншейным методом, являются точки входа и выхода скважины. Бурение пилотной скважины ведется в соответствии с чертежами Рабочего проекта.

Трубопровод в грунтовой скважине необходимо проложить ниже линии предельного размыва по радиусу не менее радиуса упругого изгиба трубопровода.

Радиус изгиба проектируемой скважины должен быть не менее радиуса упругого изгиба трубопровода. Минимально допустимые радиусы упругого изгиба, обеспечивающие прокладку трубопроводов без опасных напряжений в стеках трубы, должены соответствовать формуле:

R min = 1200 * Дн,

где Rmin - радиус минимального изгиба трубопровода, м;

Дн - наружный диаметр трубопровода.

Проектная величина заглубления трубопровода составляет не менее 3 м от линии предельного размыва русла реки и не менее 8 м от наименьшей отметки дна.

Точка входа буровой колонны (выхода рабочего трубопровода) принимается с учетом оптимального размещения бурового комплекса, удобства выполнения буровых работ и работ по монтажу рабочего трубопровода, а также с учетом уменьшения тяговых усилий. Предпочтительно, чтобы протаскивание в скважину трубопровода велось с более высокого берега к более низкому, и буровой комплекс располагался для рек Ухта и Печора на правом берегу.

2.3 РАСЧЕТ ДЛИНЫ СКВАЖИНЫ ТРУБОПРОВОДА

Для определения расстояния и между точками входа и выхода трубопровода в горизонтальной проекции и общей длины трубопровода, укладываемого способом ННБ, необходимо найти ширину прогнозируемого профиля размыва по верху и по низу Вп и bn соответственно (точки 1,2,3,4).

Схема построения подводного перехода трубопровода диаметром 1420 мм через реку представлена на рисунке 1.

- ширина, зеркала воды Во, м. Во = 48,1 м;

- ширина русла между береговыми кромками В1, м. В1 = 67 м;

- прогнозируемые величины отступления береговых склонов:

- левого Д Вр₁, м. Д Вр₁ = 1,2 м;

- правого Д Вр₂, м. Д Вр₂ = 0,2 м;

- заложения откосов береговых склонов:

- левого m₁, m₁ = 0,22;

- правого m₂, m₂ = 0,090;

- прогнозируемая глубина размыва дна от наинизшей его отметки Д hp . Д hр = 0,16м.

Рисунок 1 - Схема построения продольного профиля трубопровода, прокладываемого способом ННБ



B_n, b_n - ширина проектного профиля размыва соответственно по верху и по низу; В_р - ширина прогнозируемого профиля размыва русла по береговым бровкам; В1 - ширина русла между бровками берегов; Во - ширина русла при УВВ 10 % обеспеченности; Д Вр1, Д Вр2 - прогнозируемые величины отступления береговых склонов; Д Вз1, Д Вз2 - запасы к прогнозируемым значениям отступления берегов; m₁, m₂ - заложения откосов береговых склонов; R_к - радиус криволинейной искусственного изгиба трубопровода; h_р - прогнозируемая глубина размыва дна от наиболее низшей его отметки; h_з - запас к прогнозируемой глубине размыва дна; НТс - нижняя точка оси скважины БС; До - наинизшая отметка дна реки

Ширина проектного профиля размыва по верху, Вп, м,

Вn= В1 + Д Вр1 + Д Вз1 + Д Вр2 + Д Вз2, (1)

где Д Вз₁, Д Вз₂ - запасы к прогнозируемым значениям отступления берегов, м;

Д Вз₁ должен удовлетворять условию,

Д Вз1 >m1 * Д hз, (2)

где Д hз - запас к прогнозируемой глубине размыва дна, м;

Д hз = 2 * Дн,

где Дн - наружный диаметр трубопровода, м; Дн = 1,42 м;

Д hз = 2 * 1,42 = 2,84 м;

Д Вз₁ > 0,22 * 2,84 м;

Д Вз₁ > 0,6248 м.

Принимаем Д Вз₁ = 0,7 м.

Д Вз₂ должен удовлетворять условию,

Д Вз2 >m2 * Д hз, (3)

Д Вз₂ >0,090 * 2,84 м;

Д Вз₂ > 0,2556 м.

Принимаем Д Вз₂ = 0,3 м.

Вn = 67 +1,2 + 0,7 +0,2 + 0,3 = 69,4 м.

Ширина проектного профиля размыва по низу bn, м,

bn = Вn - Н1 * m1 - H2 * m2, (4)

где Н1 - разница высот наинизшей отметки профиля размыва относительно высоты левого берега, м;

Н1 = Нб1 + Д hp + Д hз, (5)

где Нб₁ - высота левого берега относительно наинизшей отметки дна, м;

Нб1 = Д1 - Д0, (6)

где Д₁ - высотная отметка левого берега, м; Д₁ = 128,90 м;

Д₀ - высотная отметка дна БС, м; Д₀ = 97,40 м.

Нб₁ = 128,9 - 97,4 = 31,5 м;

Н₁ = 31,52 + 0,16 + 2,84 = 34,52 м;

Н₂ - разница высот наинизшей отметки профиля размыва относительно высоты правого берега, м;

Н2 = Нб2 + Д hp + Д hз, (7)

где Нб₂ - высота правого берега относительно наинизшей отметки дна, м;

Нб2 = Д2 - Д0, (8)

где Д₂ - высотная отметка правого берега, м; Д₂ = 110 м;

Нб₂ = 110 - 97,4 = 12,6 м;

Н₂ = 12,6 + 0,16 + 2,84 = 15,6 м;

bn = 69,4 - 34,52 * 0,22 -15,6 * 0,090 = 60,402 м.

Радиус кривой искусственного изгиба трубопровода, Rк, м;

Rк ? Rmin ,

Rmin - радиус минимального изгиба трубопровода, м;

Rmin = 1200 * Дн,

Rmin = 1200 * 1,42 =1700 м,

Rк = 1700 м.

Диаметр скважины необходимой для протаскивания трубопровода, Дс, м,

Дс = 1,25 * Дн,

Дс = 1,25 * 1,42 = 1,8 м.

Угол скважины в точке 2, б₂, град,

б₂ = arcsin (bn/2R)

б₂ = arcsin (60,402/2*1700)= 1,02є

Угол скважины в точке 3, б ₃, град,

б₃ = arcsin (bn/2R)

б₃ = arcsin (60,402/2*1700)= 1,02є

Нижняя точка оси скважины БС, НТс, м,

НТс = До - Д hp - Д hз - (Дс/2)-(bn*tg б2,3/2), (9)

НТс = 97,4 - 0,16 - 2,84 - (1,8/2) - (60,402*tg1,02є/2)=92,96 м

Угол входа скважины, б ₄, град,

б4 = arcscos ((R-Д2+HTc)/R), (10)

б₄ = arcscos ((1700-110+92,96)/1700)=8,12є

Угол выхода скважины, б ₁, град,

б1 = arcscos ((R-Д1+HTc)/R), (11)

б₁ = arcscos ((1700-128,9+92,96)/1700)=11,8є

Протяженность от нижней точки оси скважины до входа скважины по горизонтальной проекции, L_n,вx, м,

Ln,вx = (R - (Д2 - НТс)) * tg б4, (12)

L_{n,вx =} (1700 - (110 - 92,96)) * tg 8,12є = 240 м.

Протяженность от нижней точки оси скважины до выхода скважины по горизонтальной проекции, L_n,выx, м,

Ln,выx = (R - (Д1 - НТс)) * tg б1, (13)

L_n,выx = (1704 - (128,9 - 92,96)) * tg 11,8 = 348,5 м.

Расстояние между точками входа и выхода трубопровода (горизонтальная проекция), L, м,

L = Ln,вx + Ln,выx, (14)

L = 240 + 348,5 = 588,5 м.

Общая протяженность бурения скважины, S, м,

S=(р*2*R*( б1+ б4))/360, (15)

S=(3,14*2*1700*( 11,8+ 8,12))/360=591 м

Пилотная скважина состоит из одного криволинейного участка по дуге окружности.

Вход в скважину происходит под углом б₄ = 8,12^о к плоскости горизонта, длина участка S = 591 м по дуге окружности с радиусом R = 1700 м с выходом на поверхность под углом б ₁ = 11,8^о плоскости горизонта.

Геометрические характеристики перехода через реку сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Характеристика перехода

Наименование параметра	Обозначение	Значение
Ширина зеркала воды	Во	48,1 м
Ширина русла между береговыми кромками	В1	67 м
Высотные отметки м (мБС):
- левый берег,		128,90 м
- дно,	Vo	97,40 м
- правый берег		110 м
Прогнозируемые величины
отступления береговых склонов:
- левого,	Д Вр1	1,2 м
- правого	Д Вр2	0,2 м
Запас к прогнозируемому значению	Д Вз1	0,7 м
отступления левого берега
Запас к прогнозируемому значению	Д Вз2	0,3 м
отступления правого берега
Заложения откосов береговых
склонов:
- левого,	m1	0,22
- правого,	m2	0,090
Прогнозируемая глубина размыва	Д hp	0,16 м
дна
Запас к прогнозируемой глубине размыва min	Д hз	2,84 м
Ширина проектного профиля размыва по верху	Вn	69,4 м
Ширина проектного профиля размыва по низу	bn	60,402 м
Радиус кривой искусственного изгиба трубопровода	Rk	1700 м
Нижняя точка оси скважины БС	НТс	92,96 м
Диаметр скважины	Дс	1,8 м
Угол входа	б 4	8,12є
Угол выхода	б 1	11,8 є
Длина скважины по оси	S	591 м

Согласно произведенным расчетам, строительство ППМТ диаметром 1420 мм при радиусе искусственного изгиба трубопровода равном 1700 м, что является более радиуса упругого изгиба трубопровода данного диаметра, по геометрическим параметрам на реке бестраншейным методом строительства возможно. Длина скважины бурения по оси составила 591 м, что является приемлемым. Для данной длины скважины возможно выбрать установку наклонно-направленного бурения Robbins 50030 способную разбуривать скважину до диаметра 1800 мм, и длинной бестраншейного участка до 1830 м.

трубопровод бурение скважина строительство

3. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ

3.1 ОХРАНА ТРУДА

При производстве строительно-монтажных работ необходимо строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда изложенные в следующих нормативных документах:

- СНиП III-4-80* "Техника безопасности в строительстве";

- Правила пожарной безопасности в Российской Федерации (ППБ-01-93);

- Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10--14--92);

- Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей;

- Правила техники безопасности при производстве подводно-технических работ на реках и водохранилища;

На строительной площадке охрана труда рабочих должна обеспечиваться выполнением следующих мероприятий:

- соблюдением требований по коллективной защите рабочих (ограждение, освещение, вентиляция, защитные и предохранительные устройства, организация проездов и пешеходных проходов);

- обеспечение работающих санитарно-бытовыми устройствами и помещениями.

Выдача администрацией необходимым средств индивидуальной защиты производится в соответствии с типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи работникам специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты.

Перед началом работ весь производственный персонал должен пройти обучение и инструктаж по охране труда в соответствии с требованиями ГОСТ 12.0.004-9012 «Организация обучения безопасности труда. Общие положения».

При производстве подводных земляных работ следует руководствоваться «Правилами техники безопасности при производстве дноуглубительных работ и обслуживания специальных механизмов и устройств на дноуглубительных снарядах МРФ РФ».

Параметры откоса разрабатываемого котлована должны выбираться с учетом требований СНиП III-42-80* «Магистральные трубопроводы».

3.2 АНАЛИЗ РИСКА АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Проект строительства и эксплуатации нефтепровода выполняется с учетом предупреждения возникновения аварийных ситуаций, которые могут привести к угрозе жизни или здоровья человека, экологическому нарушению состояния окружающей среды или объектов деятельности. Но, несмотря на качественное проектирование и строительство объектов вероятность возникновения аварийных ситуаций имеется.

В данном разделе рассматриваются возможные аварийные ситуации при реализации проекта нефтепровода, которые могут повлечь к негативным экологическим последствиям для окружающей среды.

В качестве основных законодательных, нормативных и методических документов для проведения анализа риска аварийных ситуаций использовались:

- Федеральный закон от 10 января 2002 г. №7-ФЗ «Об охране окружающей среды»;

- Федеральный закон от 21.07.1997 г. №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»;

- РД 03-418-01 «Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов»;

- РД «Методическое руководство по оценке степени риска аварий на магистральных нефтепроводах»;

- Пособие к СНиП 11-01-95 по разработке раздела проектной документации «Охрана окружающей природной среды»;

- СНиП 2.05.06-85* «Магистральные трубопроводы»;

- СНиП 11-01-95 «Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений».

Основными причинами возникновения аварийных ситуаций на объектах различного назначения являются нарушения технологических процессов на промышленных предприятиях, технические ошибки обслуживающего персонала, нарушения противопожарных правил и правил техники безопасности, отключение систем энергоснабжения, водоснабжения и водоотведения, стихийные бедствия, террористические акты и т.п. Различают проектные и запроектные аварии (Пособие к СНиП 11-01- 95, 1999 г.).

Запроектные аварии отличаются от проектных только исходным событием, как правило, исключительным, которое не может быть учтено без специально поставленных в техническом задании на проектирование условий. Запроектные аварии характеризуются разрушением тех же объектов и теми же экологическими последствиями, что и проектные аварии. Сценарии запроектных аварий связаны с вероятностью возникновения внешних сил и событий, таких как землетрясения, цунами, ураганы, смерчи, природные катаклизмы, террористические акты, попадание бомб и иных боевых снарядов на территорию предприятия в результате военных действий и т.п.

Анализ риска проводится поэтапно. Вначале проводится выявление возможных аварийных ситуаций (идентификация опасностей), далее - качественный анализ риска с целью отнесения их к определенному уровню риска (высокий, промежуточный, низкий, незначительный) с учетом вероятности возникновения инициирующего события (частое, вероятное, возможное, редкое, практически невероятное) и потенциальному ущербу окружающей среде (невосполнимый, существенный, несущественный, практически нулевой) (РД 03-416-01).

Характер ущерба окружающей среде определяется в соответствии со следующими определениями:

- невосполнимый ущерб -- негативное воздействие, приводящее к деградации естественных экологических систем, изменению и/или уничтожению генетического фонда растений, животных и других организмов, характеризуется невозможностью самостоятельного восстановления к прежнему устойчивому функционированию среды.

- существенный ущерб -- негативное воздействие на окружающую среду, приводящее к значительному загрязнению компонентов природной среды, уничтожение растительности, животных и др. организмов, долговременному изменению функционирования экологической системы, истощению природных ресурсов и др., характеризуется возможностью самостоятельного восстановления к прежнему устойчивому функционированию среды.

- практически нулевой -- воздействие, не имеющее сколь либо заметных для экологической системы последствий.

3.3 ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

При попадании нефти в водотоки (при аварии на нефтепроводе в районе водного перехода), возможно длительное воздействие на водные организмы, обитающие в этом водотоке, а также на прибрежные территории. Учитывая незначительную глубину водотока, большая часть нефти, поступающей в воду, будет практически разноситься течением по поверхности воды течением, при этом затрагивая прибрежную часть суши. Потенциальное воздействие разливов нефти на водные организмы, а также животных и птиц побережья, наносит невосполнимые потери.

Снижение риска возникновения аварийной ситуации и минимизация наносимого ущерба могут достигаться общими и специальными мерами обеспечения безопасности:

Общие меры по минимизации риска аварийных ситуаций

- соблюдение правил и норм руководящих материалов по безопасному ведению работ; связанных со строительством трубопроводного транспорта;

- соблюдение технологических параметров режима работ;

- действенный контроль за возможными утечками, принятие неотложных мер по их установлению и устранению в кратчайшие сроки;

- своевременная разработка планов ликвидации возможных аварий;

- знание обслуживающим персоналом технологической схемы оборудования, а также плана действий при возникновении аварийных ситуаций, чтобы быстро и безошибочно производить необходимые работы по устранению аварий;

- регулярные инспекции и проверки систем обеспечения безопасности;

- проверка качества строительно-монтажных работ.

Дополнительные меры по минимизации аварийных ситуаций:

- разработка плана действий по безопасному обращению, транспортировке, хранению и утилизации горючего и нефти (при строительстве);

- принятие мер контроля за заправкой и мойкой транспорта (при строительстве);

- принятие мер по безопасному хранению и обращению со всеми видами топлива, смазочных масел и по безопасной утилизации стоков и других жидких материалов (при строительстве);

- предусмотреть 100% и 200% контроль качества сварных стыков (при строительстве);

- предусмотреть электрохимическую защиту нефтепровода (при строительстве);

- после окончания монтажных работ нефтепровод подвергается гидравлическим испытаниям на прочность (при вводе в эксплуатацию);

- применение электрохимзащиты трубопровода для предотвращения коррозии;

- обозначение трассы трубопровода специальными знаками;

- внедрение автоматизированной системы обнаружения утечек;

- заглубление трубопровода под землю на всем протяжении трассы.

Проводимый анализ риска аварийных ситуаций может выявить основных аварийных ситуаций при строительстве, вводе в эксплуатацию и эксплуатации трубопровода.

3.4 ПЛАН ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

До начала эксплуатации нового подводного перехода, имеющиеся планы ликвидации аварий на линейной части трубопровода должны быть откорректированы:

составлена исполнительная документация на переход;

скорректирована схема подъездов техники к трассе трубопровода;

откорректированы сжатый профиль трассы трубопровода и эпюра давлений;

скорректированы объемы возможного вылива продукта из трубопровода на рассматриваемом участке при аварии и потребность в технических средствах для ликвидации аварии;

откорректирован список владельцев коммуникаций и землепользователей.

Мероприятия по ликвидации возможных аварий, связанных с разливом нефти:

А. при разливе нефти на суше:

- обвалование участка разлива;

- рытье ловушек (ямы, амбары);

- отвод нефтяного потока от важных объектов (населенных пунктов, промышленных объектов, природных заповедников) путем сооружения отводных канав;

- установка бонов с целью предотвращения распространения нефтяного пятна и дальнейшего загрязнения почвы;

- сбор нефти в емкости для использования после очистки;

Б. при попадании нефти в реку:

- устройство дамб и запруд с перепускными трубами для воды;

- установка отражательных боновых заграждений;

- откачка нефти насосами в ямы или емкости для использования после очистки;

- использование сорбентов для осаждения нефти и их сжигания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе было рассмотрено проектирование подводного перехода методом наклонно-направленного бурения.

К основным преимуществам метода наклонного бурения перед траншейным относятся:

-меньшее время выполнения строительных работ;

-большая надежность и меньший риск аварий;

-большая экологическая безопасность;

-меньшее воздействие на водный объект, на смежные сооружения;

-меньший объем мониторинга после строительства.

Однако, наряду с преимуществами, метод наклонного бурения имеет ряд недостатков, к главным из которых можно отнести:

-отсутствие запасной (резервной) нитки подводного перехода, т. е. безальтернативность при аварии;

-необходимость глубокого геотехнического бурения и гидрогеологических изысканий;

-повышенные требования к устойчивости береговых откосов;

-возможность загрязнения водотока буровым раствором.

Но даже не смотря на эти недостатки метод наклон - направленного бурения в настоящее время является наиболее экологичным и надежным, по сравнению с методом протаскивания.

Также был проведен расчет данного метода и построен профиль данного перехода.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Забела К.А. и др. Безопасность пересечений трубопроводами водных преград. -- М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2001. - 195 с.

2. РД 03-418-01 Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов.

3. РД 39-110-91 Инструкция по ликвидации аварий и повреждений на магистральных нефтепроводах.- Уфа, ИПТЭР, 1992 г.- 118 с.

4. Бородавкин П. П., Березии В. Л. Сооружение магистральных трубопроводов, М., «Недра», 1977, с. 407.

5. Сальников А.В. Методы строительства подводных переходов газонефтепроводов на реках Печорского бассейна: учебное пособие. - Ухта: УГТУ, 2008. - 108 с.

6. СНиП 12-03-99 Безопасность труда в строительстве. - М.: ГУП ЦПП Госстроя России, 1999 г. - 28с.

7. СП 108-34-97 Сооружение подводных переходов. Утверждено РАО “Газпром” (Приказ от 8.07.1998 г., № 87).

8. Спектор Ю. И. и др. Строительство подводных переходов способом горизонтально направленного бурения. Учеб. пособ.-Уфа: ООО ДизайнПолиграфСервис, 2001 г.-208 с.

9. Шамазов А.М. и др. Подводные переходы магистральных нефтепроводов. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000 г. - 237 с.

Размещено на Allbest.ru