Аварийный ремонт нефтепроводов в сложных условиях

Аварийный ремонт нефтепроводов  в сложных условиях

6.1 Особенности ремонта  нефтепроводов в сложных условиях

Под сложными условиями подразумевается  прохождение трассы нефтепроводов  по болотистой местности, в горах, песках, районах вечной мерзлоты и с глубоким снежным покровом. Наиболее распространены болотистые и горные участки. Особые трудности возникают при ликвидации аварий на нефтепроводах в условиях болот. Это в первую очередь объясняется  сложными грунтово-геологическими условиями  и слабой несущей способностью болотных грунтов. Современные аварийно-восстановительные  службы могут за короткий срок ликвидировать  аварию на нефтепроводах в обычных  условиях. В условиях болот этот срок увеличивается за счет дополнительных работ по сооружению подъездных путей, рабочих площадок и составляет до 60 % времени, необходимого для восстановления нефтепровода.

В связи с освоением нефтяных месторождений Сибири и Севера европейской  части страны значительное количество нефтепроводов больших диаметров (1020, 1220 мм) проходит по болотистой местности. Протяженность участков болот, по которым  проходят нефтепроводы, составляет десятки  и сотни метров, а в отдельных  случаях — десятки километров.

В настоящее время существует большое  число всевозможных классификаций  болот.

В соответствии со СНиП Ш-42-80 “Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы" болота по характеру передвижения по ним строительной техники делятся три типа:

I тип — болота, целиком заполненные  торфом, допускающие работу и  неоднократное передвижение болотоходной техники с удельным давлением 0,02...0,03 МПа или работу

обычной техники при использовании  щитов, еланей или дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхности залежи до 0,02 МПа;

II тип — болота, целиком заполненные  торфом, допускающие работу и  передвижение строительной техники  только по щитам, еланям или дорогам, обеспечивающим снижение удельного давления на поверхности залежи до 0,01 МПа;

III тип — болота, заполненные  растекающимся торфом и водой  с плавающей торфяной коркой, допускающие работу только специальной  техники на понтонах или обычной  техники с плавающих средств.

На трассах магистральных нефтепроводов  встречаются участки болот всех типов, а поэтому при выборе транспортных средств ориентируются на использование  автомашин наибольшей проходимости. Поверхностный слой болот после  неоднократного прохождения техники  разрушается, и несущая способность  болота в значительной мере понижается, что требует прокладки временных  дорог. Другой особенностью ремонта  на болотах является то обстоятельство, что большая водонасыщенность и малая плотность болотистых масс не позволяют устраивать ремонтные котлованы обычными способами из-за обрушения стенок, а сам котлован зачастую заполняется грунтовыми или поверхностными водами. Вследствие малой пересеченности рельефа трасс магистральных нефтепроводов, пролегающих в болотистых районах, уклоны профиля трубопроводов также незначительны. Это обстоятельство в сочетании с тем, что расстояние между линейными задвижками 20+30 км, приводит к истечению большого количества нефти под действием малого статического напора.

Анализ профилей нефтепроводов  Западной и Северо-Западной Сибири показывает, что на указанных нефтепроводах  средний сток нефти в 2-3 раза больше, чем на нефтепроводах, пролегающих  в средней полосе европейской  части России. В силу этого процесс  опорожнения поврежденного трубопровода занимает много времени.

При возникновении аварий на болоте одним из наиболее сложных обстоятельств  является загрязнение нефтью большого пространства и невозможность по этой причине подойти непосредственно  к месту повреждения и приступить к ремонту, так как из-за отсутствия уклона невозможен отвод нефти в  нижележащие участки.

Таким образом, специфика ремонта  нефтепроводов на болотах связана  со следующими характерными особенностями:

ухудшением несущей способности  поверхности болот при неоднократном  проходе техники;

обводненностью грунтов поверхностными и грунтовыми водами;

невозможностью создания ремонтного котлована и котлована для  сбора нефти обычным способом из-за неустойчивости грунтов;

большой продолжительностью подготовительного  периода аварийно-восстановительных  работ, обусловленной большим объемом  вытекающей нефти, загрязнением нефтью больших пространств и затруднением доступа к месту повреждения;

ограничением возможности маневрирования технических средств в районе ремонтных работ из-за залесенности болотистых участков нефтепроводов;

необходимостью использования  в большом количестве стройматериалов  для настилов на поверхности болота;

большой трудоемкостью доставки ремонтной  техники в район аварии.

Анализ работ по ремонту нефтепроводов  на болотах показывает, что основная часть работ по трудоемкости приходится на выполнение подготовительных операций, обеспечение подъезда к месту  аварии и доступа к поврежденному  участку нефтепровода.

Для этих целей разработан комплекс технических средств для ремонта нефтепроводов, проложенных на болотах. Комплекс включает технические средства, обеспечивающие сооружение подъездных путей и ремонтных площадок; создание ремонтного котлована вокруг поврежденного участка; выполнение вскрышных земляных работ; откачку нефти из поврежденного участка нефтепровода и закачку собранной нефти в отремонтированный нефтепровод; безогневую резку труб; замену дефектного участка без опорожнения трубы от нефти. Применение комплекса технических средств позволяет повысить производительность труда ремонтных работ, сократить сроки на ликвидацию аварии.

Выполнение ремонтно-восстановительных  работ на магистральных нефтепроводах, проложенных в горах, также связано  с рядом особенностей. К ним  относятся:

быстрое растекание разлитой нефти  по склонам и водостокам и сложность  ее задержания и сбора;

повышенная пожарная опасность  в связи с размещением населенных пунктов, автомобильных железных дорог, линий электропередачи вдоль  водотоков, ущелий, долин, куда может  стекать разлитая при аварии нефть;

необходимость заблаговременного (либо в период аварии) оборудования рабочих  площадок для крепления лебедок  и якорей на труднодоступных участках;

сложность подъезда транспортной и  ремонтной техники к месту  аварии;

сложность работы ремонтной техники  на косогорных участках и наличие скальных пород;

необходимость выполнения подготовительных работ по расчистке проездов и  площадок для ремонта при осыпях, обвалах, укреплению склонов при  оползнях, подсыпке при размывах;

многообразие конструктивных элементов  нефтепровода (повороты в горизонтальной и вертикальной плоскостях, Байтовые, арочные, балочные, подземные переходы через естественные и искусственные  препятствия, трубопроводы на полках и  в тоннелях).

Земляные работы на горных участках нефтепроводов проводятся с той  же целью, что и в обычных условиях, и в условиях болотистой местности, т.е. в случае аварийной ситуации, для создания ремонтного котлована, сооружения запруд и амбаров для  улавливания и сбора разлитой нефти, сооружения нефте- и водоотводных канав, засыпки трубопровода после окончания ремонтных работ, устройства проездов, переездов и т.п. Но производство земляных работ в горах имеет свою специфику из-за наличия как продольных, так и поперечных уклонов и необходимости в связи с этим устройства площадок, полок для размещения аварийной техники. Земляные работы должны выполняться механизированным способом с помощью бульдозера и экскаватора. Земляные работы на участках с поперечным уклоном не более 8 град, и с продольным уклоном до 15 град, выполняются механизмами на колесном и гусеничном ходу обычными методами. На косогорах с поперечным уклоном более 8 град, работа землеройных машин запрещается. В этих условиях необходимо обеспечить устойчивость работающих механизмов путем устройства полок или заанкериванием. Площадки и полки в зависимости от рельефа местности и характеристики грунтов устраивают в виде выемки или полунасыпи-полувыемки.

На косогорах с поперечным уклоном  от 8 до 12 град. площадки устраивают в  виде полунасыпи-полувыемки, от 12 до 18 град — с уступами для насыпи, более 18 град. — в виде чистой выемки. Устройство полок и площадок на участках с поперечным уклоном до 15 град, и продольным уклоном до 30 град, необходимо производить бульдозерами, поперечными или продольными ходами. Доработка полки (площадки) и ее планировка выполняются продольными проходами бульдозера с послойной разработкой грунта и перемещением его в полунасыпь. На крутых косогорах с поперечным уклоном более 12-15 град, для устройства площадок и полок следует применять одноковшовый экскаватор. При работе на косогорах и полках большой крутизны следует принимать меры для обеспечения устойчивости и безопасности работающих механизмов путем анкеровки. С этой целью необходимо закреплять работающий механизм стальным канатом за находящиеся на верху склона лебедки, тракторы или другие механизмы, выполняющие роль якоря. Целесообразность применения тех или иных технических средств в горных условиях должна определяться не только их производительностью или мощностью, но и транспортабельностью, небольшой массой, что обеспечивает быстроту доставки к месту аварии и простоту удерживания рабочего механизма на уклонах. Опыт эксплуатации свидетельствует о том, что в качестве экскаваторов лучше всего использовать колесные с обратной лопатой, а из бульдозеров - легкие гусеничные. На полках и участках трассы с продольными уклонами до 15 град, работы по сооружению ремонтного котлована выполняются обычными методами с помощью экскаватора, оборудованного обратной лопатой, в направлении сверху вниз по склону. При уклонах более 15 град, необходимо закреплять экскаватор тросами за расположенные выше по склону тракторы, бульдозеры, лебедки и т.д. Способ закрепления, количество и марки удерживающих механизмов, выбор каната (троса) должны определяться расчетом. На продольных уклонах 36 град, и более работа экскаватора, даже при его надежном закреплении, недопустима.

На продольных уклонах свыше 36 град, разработку грунта ведут лотковым способом (с помощью бульдозера) сверху вниз последовательными слоями толщиной 0,2 — 0,6 м. При этом обязательно анкеровка бульдозера одним или двумя тракторами (бульдозерами), которые находятся наверху на склоне и вытаскивают бульдозер на исходную позицию (см. рис. 4.7).

Разработка ремонтного котлована  на уклонах более 45 град, производится вручную с применением средств  малой механизации, отбойных молотков и т.п.

Работы по засыпке траншей и  ремонтных котлованов на уклонах  могут выполняться бульдозерами (рис. 6.1) или экскаватором при обеспечении  их устойчивости.

В районах распространения многолетнемерзлых  грунтов применяются надземный, наземный и подземный способы  укладки трубопроводов. Характерной  особенностью многолетнемерзлых грунтов  является высокая чувствительность их физико-механических свойств к  тепловым воздействиям. Грунты при  температуре ниже О °С обладают весьма высокой прочностью и соответственно несущей способностью. Однако далее повышение температуры многолетнемерзлого грунта до О °С приводит к таянию льда, содержащегося в грунте, нарушению цементационных связей между отдельными частицами грунта. Прочность грунта резко снижается, грунт разжижается и под воздействием собственного веса и внешних нагрузок дает большие просадки. Трубопровод, уложенный в такой грунт, и нефть, вышедшая из нефтепровода при авариях, оказывают на грунт механическое и тепловое воздействие, что приводит к снижению несущей способности грунта и высокому его водонасыщению. В связи с этим в многолетнемерзлых грунтах сложности ремонта в основном такие же, как и на болотах. При надземной же прокладке трубопроводов исключаются работы по созданию ремонтного котлована.

Особенностью песчаных грунтов  являются их низкая несущая способность  и высокие инфильтрационные свойства для жидкостей, в том числе  для нефтей. Выполнение аварийного ремонта проводится с использованием транспортной техники высокой проходимости. Большая часть вытекшей нефти уходит в песчаный грунт, и, как следствие, теряется много нефти. Требуется очистка значительного объема грунта, загрязненного нефтью.

В зимнее время под слоем глубокого  снега часто трудно обнаружить и  найти точное место выхода нефти  из трубопровода. Перед тем как  начать вскрытие трубопровода и другие работы, место проведения ремонта  и размещения техники очищают  от снега. Разработку мерзлого грунта проводят отбойными молотками, пилами и другими приспособлениями. Принимают  срочные меры по созданию нормальных условий работы и отдыха для персонала  с учетом зимних холодов.

6.2 Повышение несущей способности  поверхности болот

Эксплуатация магистральных  нефтепроводов на заболоченных участках — сложная инженерная задача, поскольку  она осуществляется в условиях избыточного  увлажнения грунтов при их очень низкой несущей способности. Эта задача еще больше усложняется ввиду того, что болото по своей структуре является сложной системой, которая может изменять свои физико-механические характеристики по глубине, протяженности и в зависимости от погодных условий. Поэтому основной проблемой ремонта нефтепроводов на заболоченных участках является обеспечение проходимости используемой техники.

Решение этих проблем возможно только при наличии подробной информации, полученной при инженерно-геологических  и гидрологических обследованиях  заболоченных участков, разработанной  классификации болот и болотных грунтов.

Существующие нормативные документы  по ведению АВР на магистральных  нефтепроводах в условиях болот  не предусматривают предварительного определения несущей способности  болот. Поэтому возникают дополнительные трудности при принятии решения  о возможности использования  боло-тоходной техники или выборе способа повышения несущей способности поверхности болота для доставки техники и ремонтной бригады к месту аварии.

В целях эффективного и безопасного  проведения АВР на нефтепроводах  необходимо разработать метод ускоренного  определения несущей способности  болотных грунтов с учетом их неоднородности и наличия участков с нарушенной структурой торфа, имеющих низкую несущую способность.

Анализ литературы по исследованию грунтов в полевых условиях показал, что в настоящее время наиболее оперативными способами определения  прочности характеристик слабых грунтов являются методы статического зондирования и вращательного среза. Для этих целей используются портативные  приборы.

Для статического зондирования, которое  позволяет выделить границу распределения  слабых грунтов, определить глубину  залегания более прочных подстилающих грунтов, приближенно оценить плотность, несущую способность слабых грунтов  и другие параметры, широко используется в практике ручной зондовый пенетрометр  П-4 (рис. 6.2). Зонд вручную с помощью  рукоятки 2 задавливается в торфяную толщу с лобовым сопротивлением до 20 • 105 Па. Скорость зондирования должна по возможности сохраняться постоянно  в пределах 0,5...1,5 м/мин. В журнале  зондирования по показаниям индикатора часового типа 1 регистрируются значения сопротивления грунта через каждые 20 см, а при резком изменении свойств грунтов — с периодом 10 см.

При зондировании очень слабых грунтов  до глубины 4...5 м трение по боковой  поверхности зонда можно не учитывать. Размеры конусных наконечников существенного  влияния на результаты зондирования не оказывают. Основной характеристикой  конусного наконечника 5 является площадь  наибольшего поперечного сечения, которая составляет 10; 40; 70; 100 см2.