Выбор оптимального способа прокладки подводного перехода

Аннотация. Выбор оптимального способа прокладки подводного перехода является актуальной задачей, поскольку отказы и аварии на них могут привести к более тяжелым последствиям с экономической и экологической стороны, ежели аналогичные ситуации на суше. В статье рассматривается сравнение стоимостей прокладки подводных переходов различными способами, выбор оптимального метода и окупаемость метода при его внедрении.

Ключевые слова: методы прокладки подводных переходов трубопроводов; метод кривых; срок окупаемости.

В данный момент большая часть аварийных ситуаций на магистральных трубопроводах возникает вследствие размыва грунта вокруг труб и возникновению оголенных участков трубопроводов, что подвергает их силовому воздействию потока.

Одновременно с этим возникает направленность повышения вероятности отказов и увеличения объемов ремонтно-восстановительных работ. Причиной этого служит достижение возраста 40 лет значи­тельной части подводных трубопроводов.

Основные методы прокладки подводных переходов трубопроводов:

·      Траншейный способ;

·      Наклонно-направленное бурение;

·      Микротоннелирование;

·      Недавно разработанный способ – метод кривых.

Протяженность большинства подводных переходов на территории Российской Федерации составляет 30…200 м и растёт тенденция к сооружению трубопроводов большого диаметра.

Траншейный метод укладки является наиболее простым методом укладки трубопровода на водном переходе. Метод заключается в укладке трубопровода в предварительно разработанную траншею с поверхности воды, либо протаскиванием. При этом плеть трубо­провода должна быть пробалластирована, чтобы предотвратить всплытие трубопровода. Границы балластировки должны быть выше горизонта высоких вод обеспеченностью 1 % (1 раз в 100 лет) т. к. минимальный срок эксплуатации подводного перехода и трубопроводной системы в целом должен быть не менее 50 лет.

Трудности возникают при больших глубинах водоёма и большой ширине из-за трудоемкости при разработке траншеи. Существенным недостатком метода является то, что плеть трубопровода, как правило, оголяется на дне водоема и подвергается прямому воздействию водного потока и при розливе перекачиваемая среда попадает на водоём.

Наклонно-направленное бурение заключается в протаскивании трубопровода по скважине, пробуренной под небольшим уклоном. Угол входа для этого метода варьирует от 5 до 20 градусов к горизонту, а угол выхода – от 6 до 18 градусов. При этом минимальная длина перехода, исходя из значений этих углов и недопущения пластических деформаций плети трубопровода, составляет не менее 200 метров, а для больших диаметров не менее 300…400 метров.

Для недопущения пластических деформаций радиус изгиба плети не должен быть меньше естественного радиуса изгиба. При возникновении пластических деформаций появляются концентраторы напряжений, что влечёт за собой уменьшение срока эксплуатации и увеличение вероятности аварий. Радиус естественного изгиба трубы в зоне упругих деформаций принимается равным 1200 диаметров трубы. Так, для трубы диаметром 1020 миллиметров радиус естественного изгиба составляет 1224 м, для трубопровода диаметром 1220 милли­метров – 1464 метров. Преимуществами метода являются экологическая безопасность. Недостатки – большой срок выполнения строительства, большая стоимость по сравнению с траншейным способом.

Микротоннелирование является наиболее безопасным методом и применяется лишь в исключительных случаях. Заключается в продав­ливании железобетонных плит длиной 2 м, буровым приспособлением является микрощит, что позволяет разрабатывать грунт любой категории по буримости начиная от песчаных грунтов заканчивая скальными породами. Протаскиваниие трубопровода осуществляется по предварительно сооруженному тоннелю. Существенным недостатком является большая стоимость и большие сроки сооружения перехода [3].

Более новым и совершенным способом сооружения подводного перехода является метод кривых, который является симбиозом 2 методов: микротоннеливания и наклонно направленного бурения. Метод кривых отличается от наклонно-направленного бурения значимым фактором – использованием «кривых труб», что позволяет сократить радиус изгиба прокладываемой плети трубопровода. В качестве бурового приспособления используется микрощит т. е. подводный переход можно сооружать в любых грунтах по буримости, только в отличии от микротоннелировония после микрощита будет следовать предва­рительно сваренная трубная плеть. Сокращение радиуса изгиба прокладываемой плети в свою очередь уменьшает расстояние между точками входа и выхода, а также общую длину плети трубопровода. При использовании плети трубопровода из 3-х градусных труб радиус естественного изгиба для трубопровода диаметром 1220 миллиметров составляет 222 метров. Длина перехода пи этом может быть уменьшена в 2...3 раза. Исходя из этого, преимущества данного метода следующие: снижаются затраты на покупку материалов, срок сооружения перехода, помимо этого плеть, собранная из кривых труб, представляет собой жесткую арочную конструкцию, которая отбрасывает вариант всплытия и проваливания трубной плети т. е. отпадает необходимость в гидропригрузах.

Исходя из ранее сказанного, сравним стоимости прокладки через условный водный переход, проложенный различными способами. Минимальная длина перехода методом наклонно-направленного перехода составляет для трубопровода диаметром 1020 мм 400 м, для трубопровода диаметром 1220 мм – 475 м, для трубопровода диаметром 1420 мм – 550 м. С учётом этого усредненная стоимость перехода методом ННБ будет равна около 38 млн рублей для трубопровода диаметром 1020 мм, 62 млн рублей для трубопровода диаметром 1220 мм, 80 млн рублей для трубопровода 1420 мм. Для точного сравнения стоимости сооружения при применении метода кривых добавляются работы по открытой подземной укладке береговых участков трубопровода. Длина подводной части составляет для трёх рассмотренных случаев 140 м. Длина открытой подземной укладки составляет 260 м для трубопровода диаметром 1020 мм, для трубопровода диаметром 1220 мм – 335 м, для трубопровода диаметром 1420 мм – 410 м. Сумма длины открытой подземной укладки и длины подводной части составляют длину подводного перехода, сооруженного методом ННБ. Средняя стоимость подводного перехода сооруженный методом кривых для трубопровода диаметром 1020 мм составляет около 26 млн рублей, для трубопровода диаметром 1220 мм – около 30 млн рублей, для трубопровода диаметром 1420 мм – около 37 млн рублей. С учетом открытой подземной укладки общая стоимость перехода составит соответственно: 32, 43, 63 млн. рублей. Отсюда можно сделать вывод, что при сооружение подводных переходов на водных преградах шириной не более 200 м целесообразно использовать метод кривых. Ещё одним немаловажным фактором является сокращение сроков строительства на 2 месяца. Вследствие уменьшения сроков строительства будет увеличиваться объем перекачиваемого продукта [1].

Рассмотрим компанию ООО «Эволюция Подводного Строи­тельства» (ООО «ЭПоС»). Это динамично-развивающаяся компания, осуществляющая весь комплекс работ по строительству линейной части магистральных трубопроводов (включая капитальный ремонт и реконструкцию) и по устройству трубопроводных переходов под водными преградами.

Основной метод, используемый этой компанией при строи­тельстве подводных переходов – наклонно-направленное бурение. При замене технологии строительства подводных переходов из метода наклонно-направленного бурения на метод кривых внедренная технология будет окупаться и через определенное время будет приносить прибыль в виде разницы между стоимостями на строительства методом ННБ и методом кривых.

Чтобы перейти на технологию сооружения подводного перехода методом кривых необходимо приобрести микрощит с вспомогательными элементами [4]. Стоимость этого оборудования составит около 20 млн. рублей [2].

В случае замены компанией ООО «ЭПоС» традиционной технологии строительства на рассматриваемый метод прибыль (за единичный объект) составит минимум 6 млн. рублей без учета затрат на техническое перевооружение. Срок окупаемости при количестве сдаваемых переходов 2 ед/год составляет 4 лет. Из этого вытекает очевидное ­– метод кривых имеет все перспективы для широкомас­штабного использования как с экономической, так и с технологической сторон.