СПОСОБ И УСТРОЙСТВО, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ УКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ
METHOD AND DEVICE USED FOR PIPELINE LAYING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к технологии строительства трубопроводов.
Уровень техники
Подводные трубопроводы, укладываемые на морском дне, обычно закладывают в траншеи или укладывают незаглубленными на морском дне. В последнем случае, вследствие неровного рельефа морского дна и углублений в поверхности, могут возникать участки с провисанием (свободные пролеты). Эти участки подвергаются действию различных сил, зависящих от многих факторов, таких как длина участка, расстояние между трубопроводом и морским дном, течения и т.д. Этим свободно провисающим участкам часто требуется адекватная опора, чтобы сохранять их стабильность и уменьшать риск усталости материала и повреждений, вызванных механическим напряжением.
Существующие технологии основаны на поддержании участков с провисанием путем изменения рельефа морского дна, например, посредством подсыпки скальной породы и/или прокладки траншей/дноуглубительных работ для плечевых зон участка провисания, при помощи отдельных опор или комбинации этих способов. Это влечет за собой огромные расходы, особенно в случае длинных пролетов или пролетов со значительным расстоянием между донным углублением и трубопроводом. Для выполнения дорогостоящих и трудоемких работ по уменьшению рисков/устранению недостатков требуются также дополнительные суда.
Поэтому уменьшение или устранение необходимости во вмешательстве путем традиционных подсыпки скальной породы/прокладки траншей является крайне желательным.
В документе NO 314056 (В1) раскрыт способ укладки трубопровода, при котором достигается контролируемое тепловое расширение, ограниченное определенными петлевыми компенсаторами температурных деформаций трубопровода, и, таким образом, контролируемый обратный изгиб в вертикальной плоскости; это также обеспечивает возможность адаптации формы трубопровода к рельефу морского дна для предотвращения коробления над гребнями и возникновения длинных участков провисания над углублениями. Трубопровод сгибают при помощи выпрямляющей системы на судне-трубоукладчике барабанного типа. Однако этот способ применим только к трубопроводам, устанавливаемым путем укладки с барабана.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является уменьшение или устранение необходимости в применении вмешательства посредством подсыпки скальной породы и/или выполнения траншей / дноуглубительных работ для плечевых зон участков провисания.
Изобретение обеспечивает новый способ и устройство для укладки трубопроводов. Способ включает в себя прикрепление натяжного элемента в по меньшей мере двух местах вдоль участка трубопровода и прикрепление элемента плавучести к натяжному элементу, что обеспечивает изгибание эксплуатируемого участка трубопровода.
Участок трубопровода может представлять собой секцию, перекрывающую углубление в поверхности.
Натяжной элемент может быть прикреплен к трубопроводу при помощи хомутов. Прикрепление к трубопроводу может осуществляться локально на борту трубоукладочного судна в месте, где он будет проложен через зону пролета.
Элемент плавучести может быть прикреплен к средней части натяжного элемента.
Элемент плавучести может быть прикреплен к натяжному элементу на борту трубоукладочного судна, или при подготовке к буксировке в море, или под водой.
Элемент плавучести может быть прикреплен к натяжному элементу при помощи соединительного элемента. Между натяжным элементом и трубопроводом может быть предусмотрен элемент регулирования перемещения. Соединительный элемент и элемент регулирования перемещения могут образовывать единый элемент.
В соответствии с другим вариантом осуществления элемент плавучести может располагаться на морском дне. Элемент плавучести может крепиться к морскому дну крепежным элементом при помощи весового элемента. Весовой элемент может представлять собой груз-якорь.
Элемент плавучести может быть прикреплен к натяжному элементу путем введения крюкового элемента в зацепление с натяжным элементом. Эта операция может выполняться при помощи подводного аппарата с дистанционным управлением (ПАДУ). Между элементом плавучести и трубопроводом может быть предусмотрен элемент регулирования перемещения.
ПАДУ может также использоваться для отцепления элемента плавучести.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления предлагается способ, в котором натяжной элемент может крепиться вдоль трубопровода с местным остаточным искривлением, при этом элемент плавучести может крепиться к натяжному элементу, вследствие чего эксплуатируемый участок трубопровода изгибается. Натяжной элемент может крепиться к участку местного остаточного искривления трубопровода.
Кроме того, предлагается устройство для укладки трубопровода, содержащее: натяжной элемент для прикрепления вдоль участка трубопровода в по меньшей мере двух местах, элемент плавучести и соединительный элемент для присоединения элемента плавучести к натяжному элементу, что обеспечивает изгибание эксплуатируемого участка трубопровода.
Натяжной элемент может представлять собой трос, якорную цепь, канат, стержень или аналогичное приспособление, и может быть прикреплен к трубопроводу при помощи хомутов. Согласно другому аспекту настоящего изобретения устройство может дополнительно содержать весовой элемент для якорного крепления элемента плавучести к морскому дну. Весовой элемент может представлять собой груз-якорь.
Между натяжным элементом и элементом плавучести может быть предусмотрен по меньшей мере один элемент регулирования перемещения.
Устройство может дополнительно содержать крюковой элемент для прикрепления элемента плавучести к натяжному элементу.
Различные предметы, признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут понятнее из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения вместе с прилагаемыми чертежами.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения будут теперь раскрыты со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан свободно провисающий трубопровод без устройства;
на фиг. 2 показан схематический вид сбоку трубопровода и устройства в соответствии с вариантом осуществления;
на фиг. 3 показан вид сбоку секции трубопровода, включающий в себя натяжной элемент, прикрепленный при помощи хомутов в соответствии с вариантом осуществления;
на фиг. 4 показан вид сбоку трубопровода, крана и трубоукладочного судна, эксплуатируемых с устройством в соответствии с вариантом осуществления;
на фиг. 5 показан трубопровод, уложенный поверх углубления, включающий в себя устройство в соответствии с вариантом осуществления;
на фиг. 6 показана система обеспечения плавучести в соответствии с другим вариантом осуществления при расположении на дне углубления;
На фиг. 7 показан схематический вид сбоку системы обеспечения плавучести с трубопроводом, уложенным отдельно от системы обеспечения плавучести;
на фиг. 8А показан схематический вид сбоку трубопровода, включающего в себя устройство в соответствии с вариантом осуществления при прокладывании через углубление;
на фиг. 8В показан схематический вид сбоку трубопровода, включающего в себя устройство в соответствии с вариантом осуществления после прокладывания через углубление;
на фиг. 9 показано приведение в действие устройства в соответствии с вариантом осуществления на фиг. 6-8;
на фиг. 10 показано устройство и секция трубопровода после приведения в действие. На фиг. 11 показана секция трубопровода, уложенная в соответствии с вариантом осуществления.
Подробное раскрытие изобретения
Способ и устройство для устранения участков провисания трубопровода при помощи дополнительного искривления показаны на прилагаемых чертежах. Как будет ясно из нижеследующего описания, трубопровод 1 изгибают во время иллюстративного процесса укладки трубопровода за счет прикрепления устройства к участку трубопровода 1. На фиг. 1 изображен свободно провисающий трубопровод 1 без поддержки, оказываемой устройством. На фиг. 2 показан натяжной элемент 2, прикрепленный (как правило, ближние концевые части натяжного элемента) в двух местах к секции трубопровода. Два места крепления разнесены на достаточное расстояние, чтобы обеспечить тугое натяжение натяжного элемента 2 вдоль секции трубопровода, как показано на фиг. 3. Элемент 3 плавучести прикреплен к натяжному элементу 2 при помощи соединительного элемента 5а. Элемент 3 плавучести используется для создания натяжения в прикрепленном натяжном элементе 2 на трубопроводе 1, в результате чего трубопровод 1 принудительно изгибается в большей степени, чем без использования данного способа или других специальных средств. Дополнительное изгибание формы появляется после погружения в воду участка трубопровода 1 с прикрепленным элементом 3 плавучести. Это изгибание показано на фиг. 2. После доставки к месту расположения углубления и изгибания трубопровода элемент плавучести отцепляют. Изгибание трубопровода устраняет возникновение свободно провисающих участков, позволяя трубопроводу следовать форме углублений в поверхности.
Натяжной элемент 2 может представлять собой удлиненный элемент, такой как трос или якорная цепь. Если натяжной элемент является жестким, он может быть образован из двух частей, соединенных шарниром или аналогичной деталью, чтобы обеспечить возможность сгибания натяжного элемента. На фиг. 3 показан натяжной элемент 2, прикрепленный к трубопроводу хомутами 4. Как показано на чертеже, натяжной элемент 2 может быть прикреплен к трубопроводу 1 в по меньшей мере двух местах хомутами 4 вдоль участка трубопровода 1. Хомуты 4 в целях удобства разделены отрезком длины, приблизительно равным длине углубления, через которое предполагается проложить участок трубопровода. Специалисту в данной области понятно, что натяжной элемент 2 может быть прикреплен к трубопроводу при помощи любых удобных средств.
Натяжной элемент 2 может быть прикреплен на борту трубоукладочного судна и локально на трубопроводе в месте, где трубопровод 1 будет проложен через углубление. В одном варианте осуществления элемент 3 плавучести может быть прикреплен к натяжному элементу 2 на борту трубоукладочного судна или, альтернативно, при подготовке к буксированию. Однако при необходимости элемент плавучести может также быть прикреплен к натяжному элементу под водой.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4 и 5, элемент 3 плавучести прикреплен к натяжному элементу 2 в его средней части соединительным элементом 5а. Кроме того, элемент 5b регулирования перемещения соединяет элемент 3 плавучести с трубопроводом 1. Элемент регулирования перемещения используется для регулирования / ограничения величины изгибания натяжного элемента (и, таким образом, изгибания секции трубопровода) при необходимости. Элемент 5b регулирования перемещения обеспечивает одно направление регулирования степени изгибания секции трубопровода и является дополнительным. Соединительный элемент 5а и элемент 5b регулирования перемещения могут в целях удобства быть образованы из единого элемента, жестко прикрепленного к натяжному элементу 2 в некоторой точке по длине единого элемента.
На фиг. 4 показано развертывание трубопровода с трубоукладочного судна вместе с прикрепленным устройством. При спуске за борт с трубоукладочного судна элемент 3 плавучести подвешивают к судовому крану и отцепляют от крана 6 при входе в воду. При погружении выталкивающая сила натягивает натяжной элемент 2, и трубопровод 1 принимает предусмотренную изогнутую форму, передавая полное натяжение при укладке от трубопровода локально к натяжному элементу 2 между хомутами 4. Это показано на фиг. 5. После того, как трубопровод 1 будет уложен через зону углубления на достаточную длину за пределами зоны углубления, элемент 3 плавучести может быть предпочтительно отцеплен подводным аппаратом с дистанционным управлением (ПАДУ) и поднят на борт. Отрезок достаточной длины за пределами зоны углубления необходим, чтобы обеспечить достаточное трение для сохранения предусмотренного изгиба трубопровода на участке провисания. Натяжной элемент 2, соединительный элемент 5а и элемент 5b регулирования перемещения также могут быть подняты на борт при необходимости.
В другом варианте осуществления, показанном на фиг. 6-11, элемент 3 плавучести может быть предварительно установлен на морском дне в углублении, где предполагается образование участка провисания, при этом элемент плавучести поддерживается в регулируемом положении при помощи груза-якоря 11. В этом варианте осуществления элемент 3 плавучести может представлять собой часть системы обеспечения плавучести.
Система обеспечения плавучести включает в себя:
- элемент 3 плавучести;
- крепежный элемент 8;
- элемент 9 регулирования перемещения;
- соединительный элемент в виде крюкового элемента 10;
- весовой элемент в виде груза-якоря 11;
- при этом элемент 3 плавучести крепится к морскому дну крепежным элементом 8, присоединенным к грузу-якорю 11.
В одном варианте осуществления элемент 3 плавучести присоединен к грузу-якорю 11 при помощи крепежного элемента 8. Крюковой элемент 10 включает в себя крюк или альтернативное средство зацепления для введения в зацепление с натяжным элементом 2.
Как показано на фиг. 7, 8А и 8В, секцию 1 трубопровода укладывают поверх углубления как можно ближе к системе обеспечения плавучести.
Как показано на фиг. 9, когда секция 1 трубопровода уложена или подготовлена к прокладке через зону пролета (провисания), элемент 3 плавучести приводят в действие путем разрезания крепежного элемента 8 и введения крюкового элемента 10 в зацепление с натяжным элементом 2. В целях удобства это выполняется подводным аппаратом с дистанционным управлением (ПАДУ) после остановки трубоукладочного судна. Подъем элемента 3 плавучести ограничивается элементом 9 регулирования перемещения, соединенным с грузом-якорем и элементом плавучести.
Как показано на фиг. 10, после зацепления крюкового элемента 10 с натяжным элементом 2 при помощи ПАДУ 7 натяжной элемент 2 натягивается, и возникает изгибание прикрепленного трубопровода 1. В результате провисающий трубопровод 1 принудительно изгибается дальше ко дну углубления, тем самым, уменьшая или устраняя необходимость во вмешательстве и/или объем требуемого вмешательства. При входе изогнутой трубы в зону углубления зазор между трубой и морским дном уменьшается. Степень опускания трубы может регулироваться разрешенной величиной подъема и быть предварительно задана для элемента 3 плавучести элементом 9 регулирования перемещения. Соответственно, элемент 9 регулирования перемещения может использоваться для регулирования/ограничения величины изгибания трубопровода 1.
Процесс укладки трубы может быть возобновлен, при этом за пределами зоны углубления может быть уложен отрезок достаточной длины для получения достаточной силы трения, прикладываемой к трубопроводу, с целью сохранения предусмотренного изгибания на участке провисания. Элемент 3 плавучести может затем быть полностью отцеплен от весового элемента путем перерезания элемент 9 регулирования перемещения. Это может быть предпочтительно выполнено ПАДУ 7. Натяжной элемент 2 и элементы 8, 9 регулирования перемещения могут оставаться в своих положениях или быть поднятыми на борт при помощи ПАДУ 7.
Изобретение применимо также к трубопроводам, устанавливаемым путем укладки с барабана, J-образной укладки, S-образной укладки и буксировки в море.
В другом варианте осуществления устройство может быть реализовано на трубопроводе с местным остаточным искривлением, как раскрыто в документе NO 314056 (В1). Благодаря прикреплению натяжного элемента 2 вдоль трубопровода на участке местного остаточного искривления, а затем прикрепления элемента 3 плавучести к натяжному элементу 2, на участке пролета может быть создано дополнительное провисание трубопровода.
Альтернативно, еще большее изгибание, чем было получено описанными способами, может быть достигнуто путем добавления внешнего груза к трубопроводу в месте пролета.
Настоящее изобретение может, как правило, представлять интерес для применения в случае особенно больших пролетов (т.е. при большой длине и большом расстоянии от дна углубления до трубопровода (зазоры)), которые в противном случае потребовали бы масштабного вмешательства посредством подсыпки скальной породы и/или прокладки траншей. Изобретение может в некоторых случаях также обеспечивать возможность оптимизации/уменьшения общей длины трассы трубопровода и, тем самым, фактической длины трубопровода. В проектах, осложненных особенно неровным морским дном, как правило, в районах с сильным размыванием айсбергов, пришлось бы в противном случае изменять трассу, чтобы свести к минимуму объем вмешательства традиционными способами. Специалисту в данной области понятно, что в описанные выше варианты осуществления могут быть внесены различные модификации без отступления от объема настоящего изобретения.