Тезис на тему "Проект сооружения подводного перехода методом наклонно-направленного бурения"
методическая разработка на тему

Методическая разработка

Тема: «Сооружение трубопроводов методом горизонтально направленного бурения»

ВВЕДЕНИЕ

Горизонтально-направленное бурение – это метод бестраншейной прокладки трубопроводов на различной глубине под естественными и искусственными препятствиями без нарушения режима их обычного функционирования.

Этот метод был разработан и впервые внедрен в 1971 г. в США корпорацией « Titan Contractors». Под рекой Педжейро в Калифорнии был проложен трубопровод диаметром 115,3 мм протяженностью 231,6 м. С этого времени метод горизонтально-направленного бурения завоевал большую популярность за рубежом.  

Начало нового тысячелетия характеризуется устойчивым ростом промышленности, что приводит к необходимости прокладки новых и реконструкции существующих трубопроводов различного назначения.

Целый ряд факторов естественного и искусственного происхождения обуславливают особую актуальность ускоренного внедрения бестраншейной технологии в строительство, ремонт и реконструкцию трубопроводов в нестандартных, зачастую экстремальных условиях.

Одним из приоритетных видов бестраншейной прокладки трубопроводов является горизонтальное направленное бурение (ГНБ), которое находит все более широкое применение при выполнении работ по строительству трубопроводов. Бестраншейное строительство и ремонт ведется:

1. при прохождении трассы под автомагистралями, трамвайными и железнодорожными путями, существующими наземными и подземными коммуникациями, скверами и парками;
2. под реками, озерами, оврагами и другими естественными преградами.

Горизонтальное направленное бурение это:

1. бурение пилотной скважины с запроектированными характеристиками;
2. непрерывное расширение скважины до нужного диаметра;
3. протаскивание готового трубопровода, собранного на противоположной стороне дороги, трасы и т.д. в подготовленную скважину.

В США и Европе бестраншейные технологии, основанные на горизонтальном направленном бурении - это целая отрасль строительного комплекса. В России метод горизонтального направленного бурения только начинает применяться и все активнее начинает завоевывать популярность не только в узком кругу специалистов-строителей.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СПОСОБА ГНБ

К преимуществам строительства подводных переходов способом ННБ относятся:

• заглубление трубопровода на глубину, превосходящую величину размывов русла, защита трубопровода от внешних механических повреждений;

•  строительство подводного перехода трубопровода в стесненных условиях и границах технических трубопроводных коридоров;

• прокладка трубопроводов под искусственными сооружениями (прудами, каналами, и т д.), ранее проложенными трубопроводами и коммуникациями;

•  строительство подводного перехода без повреждения береговых склонов и нарушения руслового режима реки, неизбежных при строительстве траншейным способом;

•  проведение строительно-монтажных работ без трудоемких под-водно-технических, водолазных, берегоукрепительных работ и помех для навигации;

•  сокращение сроков строительства;

•  контроль за ходом процесса ННБ с момента начала буровых работ до окончания протягивания рабочей плети;

• снижение факторов, оказывающих отрицательное воздействие на окружающую среду при производстве строительно-монтажных работ;

• улучшение условий эксплуатации, исключение необходимости водолазных обследований.

К недостаткам способа ННБ относятся:

•  ограничение проведения ремонтно-восстановительных работ;

•  ограничения по протяженности перехода через водную преграду и диаметру нефтепровода;

•   сложность прохождения грунтовых пластов, содержащих значительное количество гравия, булыжников и валунов, плывунных и несвязных рыхлых грунтов, способных к самообрушению, карстовых и просадочных пород.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДВУХ МЕТОДОВ СТРОИТЕЛЬСТВА ТРУБОПРОВОДОВ

Хотя денежные, и особенно, временные затраты значительно экономятся на стадии строительства, основная экономия от применения метода лежит в долгосрочной перспективе, в чем позволяет убедиться сравнительный анализ двух методов строительства трубопроводов.

Способ горизонтального бурения позволяет прокладывать кожух сразу на полную длину. В рабочий котлован 2 на ролики 8 помещают прокладываемый кожух 9. Внутри кожуха размещается шнековый механизм 7, на конце которого установлен буровой инструмент 1. Другой конец шнекового механизма связан с силовой установкой 6, которая удерживается на весу трубоукладчиком 5. Подача шнекового механизма и кожуха вперед осуществляется с помощью лебедки, совмещенной с силовой установкой, усилие от которой передается через тросы 4 на опору 3. Буровой инструмент режет грунт впереди трубы, а шнековый механизм перемещает его по кожуху, из которого он высыпается в рабочий котлован.

Установки горизонтального бурения УГБ-2, ГБ-1421, ГБ-1422 позволяют прокладывать кожухи диаметром 1220...1420 мм со скоростью от 0,3 до 10 и/ч при осевом усилии от 8 до 80 т.

После прокладки кожуха через него протаскивают заранее подготовленный трубопровод. Для этого его сваривают, изолируют, футеруют и подвергают гидравлическим испытаниям. С целью уменьшения усилия протаскивания на трубопроводе закрепляют роликовые опоры.

Завершается сооружение перехода устройством вытяжной свечи или сборного колодца, а также восстановлением придорожных сооружений и ландшафта местности.

ОХРАНА ТРУДА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРУБОПРОВОДОВ МЕТОДОМ ГНБ

Строительно-монтажные и специальные строительные работы при строительстве переходов - подготовительные, земляные, погрузочно-разгрузочные, сварочно-монтажные, изоляционные, укладочные, по очистке полосок и испытания участков газопроводов и другие, в том числе по обслуживанию общестроительных и других машин и оборудования, должны выполняться в соответствии с действующими основополагающими в этой области документами РФ - Конституцией и законами, государственными стандартами системы стандартов безопасности труда (ССБТ), нормативными общегосударственными документами, нормативными документами Госстроя России (СНиП, ГОСТ, СП, РДС), документами субъектов РФ (ТСН), производственно-отраслевыми нормативными документами (СТП и СТО), а также документами Минздрава России, Госгортехнадзора России, надзорных организаций за безопасным производством СМР в газовой, трубопроводной, энергетической, автостроительной и других отраслях.

Правила техники безопасности, относящиеся к строительству переходов магистральных газопроводов через железные и автомобильные дороги, следующие:

1. На время сооружения перехода в его зоне для безопасного производства работ устанавливаются ограждения и вывешиваются предупредительные знаки, которые должны быть видны в любое время суток.

2. При эксплуатации машин горизонтального бурения и для продавливания защитного кожуха корпуса их должны быть заземлены.

3. Машины, материалы и оборудование около котлована располагаются за пределами призмы обрушения грунта.

4. При опускании в котлован оборудования или труб нахождение рабочих под грузом не допускается.

5. Спуск рабочих в котлован допускается только по переносным инвентарным лестницам. Откосы котлована должны иметь крутизну, указанную в ППР, или крепи стенок.

6. На рабочих местах в котловане должно применяться электроосвещение, рассчитанное на напряжение не более 12 В. Приямки для размещения рабочих под трубой должны иметь размеры, указанные в ППР.

7. Площадка работы машиниста установки горизонтального бурения должна быть надежно защищена.

8. Площадка (место) работы машиниста установки горизонтального бурения должна быть защищена на случай аварии арматуры высокого давления.

9. Как при горизонтальном бурении, так и при продавливании защитного кожуха скорость его подачи следует уменьшать по мере возрастания сопротивления грунта.

10. Между машинистом крана-трубоукладчика и машинистом установки горизонтального бурения или продавливания, а также между рабочими должна быть установлена надежная сигнализационная связь.

11. Перед началом работ машинист-оператор должен:

- проверить наличие защитных ограждений движущихся частей;

- проверить исправность электрооборудования;

- проверить исправность гидроприводов;

- осмотреть состояние всех узлов установки;

- устранить замеченные неисправности.

12. Перед началом работы машинист-оператор установки для продавливания кожуха должен проверить:

- исправность гидропривода;

- арматуру высокого давления;

- состояние упорной стенки;

- состояние нажимных штанг и другого оборудования.

13. После осмотра установки машинист-оператор обязан проверить действие всех механизмов на холостом ходу.

14. Начинать бурение необходимо на первой скорости. Переходить на более высокие скорости шнека можно только после проверки исправности установки.

15. Во время работы установки необходимо следить за количеством грунта, поступающего из защитного кожуха.

16. По окончании смены машинист-оператор обязан:

- установить рычаги управления в нейтральное положение;

- отключить электродвигатели и принять меры, исключающие пуск посторонними лицами;

- произвести осмотр всей установки и замеченные неисправности устранить, а о крупных - сообщить механику (прорабу).

охрана окружающей среды

Нефтепроводы являются потенциальными источниками загрязнения окружающей природной среды. В случаи аварии на нефтепроводе, связанной  с разгерметизацией трубопровода и разливом нефти,  наносится невосполнимый ущерб окружающей природной среде, выражающейся в загрязнении воздушной среды, почвы, грунтовых и поверхностных вод. Особенно опасными с этой точки зрения являются подводные переходы.

Основными факторами, определяющими отрицательное воздействие на окружающую среду при потенциально возможной аварии на ППМН с розливом нефти, являются:

- объем разлившейся из трубопровода нефти и распределение ее по компонентам окружающей среды;

- площадь и степень загрязнения водных объектов;

- площадь и степень загрязнения земель;

- количество углеводородов, выделившихся в атмосферу.

Расчеты по оценке воздействия от аварийного разлива нефти на

Воздействие на водную среду.

Для оценки воздействия на поверхностные воды в период капитального ремонта ППМН определен режим водопотребления и водоотведения.

В период капитального ремонта вода расходуется на пищевые нужды строителей и для производственных целей – проведение гидравлических испытаний, балластировки и приготовления бурового раствора.

Особых требований к качеству воды для производственных нужд нет. Источником производственного водоснабжения служит река Обь. Режим водопотребления – периодический. Приемником сточных вод после гидравлических испытаний служит котлован. После использования для балластировки вода остается в трубе для использования во втором этапе гидроиспытаний. Вода, использованная в гидравлических испытаниях, загрязняется частицами грунта, песка и продуктами коррозии металла. Продолжительность отстаивания должна составлять не менее 48 часов. Осадок подлежит захоронению в котловане, который подлежит рекультивации.

Вода, использованная для приготовления бурового раствора, частично впитывается в стенки скважины при бурении. Оставшаяся вода входит в состав отработавшего бурового раствора. После обработки на установке вода отводится на рельеф или в реку.

При сбросе в реку воды, концентрация вредных веществ не должна превышать ПДК = 4,5 мг/ л для рыбохозяйсвенных водных объектов.

Взаимодействие нефти с водой характеризуется сложными физико-химическими процессами, основными из которых является: растекание, испарение, диспергирование, эмульгирование, окисление, биодеградация, седиментация.

Растекание нефти по поверхности воды происходит в начальный период формирования нефтяного загрязнения.

Толщина слоя нефти может быть от нескольких сантиметров до мономолекулярной пленки. Этот процесс обусловлен действием сил гравитации и сил поверхностного натяжения.

Растворение нефти в воде, главным образом легких фракций, протекает с незначительной скоростью, зависящих от состава и физико-химических свойств нефти, толщины пленки, температуры воды и состояния водного объекта.

Испарение легких фракций приводит к уменьшению объема нефти пленки, снижению воспламеняемости и токсичности, но увеличивает вязкость и плотность остатка. При диспергировании происходит образование мелких капель нефти вследствие механического перемешивания пленки волнами. Скорость диспергирования зависит от состояния водоема и свойств нефти.

При эмульгировании происходит образование смеси нефти и воды. Эта смесь при определенных соотношениях отличается высокой вязкостью и устойчивостью к распаду. Эмульгирование сопровождается увеличением первоначального объема в несколько раз.

Окисление нефти протекает слабо. Окисляются в основном легкие фракции, что приводит к накоплению в воде тяжелых трудно окисляемых фракций, которые впоследствии образуют донные отложения. Очень медленно происходит окисление в холодной воде.

Биохимическое окисление сопровождается интенсивным поглощением кислорода воды.

Биодеградация обуславливается использованием отдельными микроорганизмами нефти в качестве источника углерода и энергии. Скорость биодеградации зависит от свойств нефти, температуры воды.

Седиментация происходит вследствие увеличения плотности нефти при испарении, а также в результате абсорбирования нефти минеральными частицами.

При оценке воздействия объекта на водную среду видно, что капитальный ремонт методом ННБ имеет ряд преимуществ:

- площадь повреждения русла реки будет меньше (работы в русле выполняются только при демонтаже);

- в прибрежной полосе выполняется минимальное количество работ, поскольку буровая техника располагается за пределами прибрежной полосы.

Воздействие на почву и растительный покров.

При строительстве и капитальном ремонте трубопроводов одним из основных объектов воздействия является почвенно-растительный покров на пойменных участках.

Основными видами воздействий являются:

- механическое воздействие;

- трансформация почвы без видимого повреждения;

- рекреационные нагрузки;

- отчуждение территории под капитальный ремонт;

- загрязнение атмосферного воздуха вредными веществами;

- изменение характера землепользования в период капитального ремонта.

Воздействие атмосферных выбросов на растительный мир происходит только в период капитального ремонта. Воздействие на почвенно-растительный покров оказывают продукты сгорания топлива строительной техники. Наибольшее влияние оказывают оксиды азота, углерода и углеводороды.

В результате вышеприведенной информации можно сделать вывод, что в период капитального ремонта, при одновременной работе самой мощной техники и при неблагоприятной скорости ветра, может произойти негативное воздействие на растительность. Но это воздействие будет продолжаться в течение непродолжительного времени, поэтому его можно считать допустимым.

Воздействия на растения, являющиеся редкими, не произойдет, так как таковые отсутствуют на территории проведения капитального ремонта.

При попадании на поверхность почвы нефти начинаются процессы ее физико-химического и микробиологического разрушения. В начальный период загрязнения происходит распределение углеводородов по почвенному профилю, испарение, вымывание, фотохимическое разложение нефти. При этом концентрация в почве снижается на 40-50%.

На следующем этапе идет снижение концентрации наиболее токсичных компонентов нефти за счет биохимических, происходящих под воздействием микроорганизмов.

Последний этап характеризуется окончательным разрушением нефти и заканчивается не ранее чем через 25 лет после загрязнения, при этом токсичные свойства нефти исчезают через 10-12 лет.

При растекании нефти на поверхности почвы первыми подвергаются воздействию травы и кустарники. Из-за небольших размеров загрязняется  иногда большая часть их вегетативных и генеративных органов. Мелкотравье бывает покрыта нефтью целиком. Корневая система живого надпочвенного покрова находиться, как правило, в верхнем слое почвы, который подвергается наиболее быстрому и сильному загрязнению. У растений уцелевших после загрязнения наблюдается вялый рост, хлороз листьев. При концентрации загрязнения в почве свыше 50% живой надпочвенный слой погибает полностью.

Нефтяное загрязнение лесов приводит к угнетению, деградации, а иногда и полному уничтожению растительности. Степень повреждения прямопропорциональна объему вылившейся нефти. Хвойные породы в целом менее устойчивы, чем лиственные.

В настоящее время в РФ отсутствует нормативное значение ПДК нефти в почве.

Однако в документе «Порядок определения ущерба от загрязнения земель химическими веществами», М., Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ 1993 г. указано, что концентрация нефти и нефтепродуктов в земле менее 1000 мг/ кг является допустимой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бородавкин П.П., Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов.- М.: Недра, 1987.- 471 с.

2. Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела. Учебник для ВУЗов. Издание второе, дополненное и исправленное: - Уфа.: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2002. - 544 с.: илл.

3. Справочник мастера строительно-монтажных работ, под редакцией В.А.Иванова. М.: «Инфра-Инженерия», 2007. – 832 с.