Строительство трубопроводов: технологии и рынок
23 мая 2023

Строительство трубопроводов: технологии и рынок

В России в силу удалённости основных месторождений нефти и газа трубопроводы приобретают особое значение. Низкая себестоимость и бесперебойная доставка делают их одним из самых эффективных способов транспортировки сырья. Конечно, есть и свои минусы, главный из которых — высокие капитальные затраты на строительство нефте- и газопроводов.

К тому же препятствием для строителей может стать сложный рельеф местности. И тут на сцену выходят новые технологии, которые позволяют минимизировать издержки и риски. Какие же методы укладки трубопроводов сейчас пользуются наибольшей популярностью?

От прокола до тоннелирования

Выделяют более 10 способов укладки трубопроводов, однако их легко можно классифицировать на две группы: траншейные и бестраншейные. Причём во втором случае можно выделить сразу несколько модификаций. Сотрудники Национального исследовательского университета

«Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ) в своей статье «Сравнение методов бестраншейного строительства инженерных сетей» перечислили следующие варианты: прокол, продавливание, микротоннелирование, горизонтальное направленное бурение.
Исторически первым из них возник метод прокола.

Здесь с помощью домкрата продвигают модуль трубы с наконечником, в результате образуется горизонтальная скважина. Однако этот способ подходит только для трубопроводов небольшого диаметра, так как «усилие, необходимое для прокола, прямо пропорционально квадрату радиуса сечения скважины», пишут специалисты НИУ МГСУ. Соответственно его применение в нефтегазовой отрасли с её большими объёмами прокачки неэффективно.

Похожим образом, также с применением домкратов, устроен процесс продавливания. Ключевое отличие от прокола в том, что «грунт не «вдавливается» в стенки скважины, а разрабатывается различными способами и выводится из забоя специальной техникой», объясняют авторы статьи.

Более сложный метод представляет собой микротоннелирование. Здесь используются специальные домкратные станции и микрощиты с режущими органами. На подготовительном этапе на определённом расстоянии друг от друга оборудуются шахты-станции, между которыми затем и происходит «продавливание» трубы с помощью домкратных станций.

Для обеспечения высокой точности проходки щита используются различные системы навигации и электронного управления микрощита. Важно, что этот метод даёт возможность прокладывать криволинейные трассы с большим радиусом поворота, что позволяет обходить различные препятствия.

В последние годы с развитием технологий горизонтально направленного бурения их стали применять и при строительстве трубопроводов. В данном случае используются специальные буровые комплексы. При помощи этого метода можно прокладывать подземные коммуникации протяжённостью до нескольких километров с диаметром труб до 2 000 мм на глубине до 50 метров.

Строительство трубопроводов
Фото предоставлено АО «Газстройпром»

Бестраншейные методы: тонкости выбора

Какие же варианты из разнообразия бестраншейных методов наиболее распространены при строительстве нефте- и газопроводов? Какими критериями руководствуются строители при выборе?

«В АО «Газстройпром» используют все вышеперечисленные способы. Например, переход через реку Лена при строительстве магистрального газопровода «Сила Сибири» выполнялся микротоннелированием. Выбор в каждом конкретном случае зависит от протяжённости перехода и характеристики грунтов», — объясняет директор департамента сварки и неразрушающего контроля АО «Газстройпром» Никита Лапшин.

Современная техника позволяет прокладывать трубопроводы практически
в любых геологических условиях.

«Метод прокола применяют при ведении работ в глинистых и суглинистых грунтах (грунты I–III категорий), способ продавливания эффективен в грунтах I–IV категорий, а также в вечномёрзлых сезонно промерзающих грунтах, методы микротоннелирования и горизонтально направленного бурения способны справиться со всеми категориями грунтов, включая сланцы окварцованные и слюдяные, песчаник плотный, твёрдый мергелистый известняк, плотный доломит, мрамор, вечномёрзлые и сезонно промерзающие грунты, такие как морёные грунты и речные отложения с содержанием крупной гальки и валунов до 70% по объёму», — пишут по этому поводу учёные из НИУ МГСУ.

Получается, что самые широкие возможности открывают микротоннелирование и горизонтально направленное бурение. Но, если вспомнить второй критерий — протяжённость, приходится сделать вывод, что для нефтегазовой отрасли с её объёмами и расстояниями эти методы подойдут не во всех случаях. Пока их целесообразно использовать на сложных участках, например, в местах пересечения с автомобильными и железными дорогами, или для преодоления водных преград.

Главная ставка — на траншейный метод

На данный момент, исходя из экономических соображений, при строительстве трубопроводов специалисты отрасли чаще выбирают траншейный метод.

«Работы при таком методе организованы поточно с чётким соблюдением технологического процесса. Дело в том, что на протяжённых участках он наиболее эффективен и является самым производительным.

Сварка труб выполняется параллельно с разработкой траншеи с использованием автоматических сварочных комплексов, затем осуществляется укладка сваренных плетей трубопровода в траншею и его обратная засыпка», — рассказывает Никита Лапшин.

Несмотря на кажущуюся простоту метода, его ни в коем случае нельзя называть устаревшим. Здесь тоже есть свои технические нюансы и новшества. В частности, на этапе укладки труб в траншею нужно определить, делать это на естественное или искусственное основание. Первый вариант выбирают, когда структура грунта не нарушена.

Но если несущая способность меньше 0,1 МПа, то уже нужны искусственные основания: бетонные, железобетонные, сборные лекальные, свайные. Также часто применяют уплотнение грунта, отмечают в своей статье «Анализ технологий укладки труб» А. А. Лопатина и С. А. Сазонова. При этом, по словам авторов, здесь многое зависит от характера их опирания на основание.

Оптимальной величиной угла охвата является 120º, в таком случае несущая способность труб вырастет в 1,7 раз и более.

«Следовательно, устройство основания — один из ключевых факторов, обеспечивающих долговечность и надёжность эксплуатации трубопроводов… При прокладке труб больших диаметров (1,5–3,5 м) в песчаных грунтах устраивается ложе без нарушений естественной структуры грунта, которое должно охватывать 1/4–1/3 поверхности трубы. В глинистых грунтах трубы укладывают на песчаные подушки, толщина которых должна быть 0,1–0,3 м.

В случаях, когда трубопроводы укладывают в твёрдых (скальных) грунтах, необходимо устройство песчаной подушки с тщательным уплотнением толщиной не менее 0,1 м над выступающими неровностями основания. Для прокладки труб в недостаточно устойчивых сухих грунтах на дно траншеи отсыпают слой из песка, гравия или гравийно-песчаной смеси толщиной не менее 0,1 м по всей ширине траншеи.

На данном слое устраивают бетонную подливу в виде лотка, высота которого не менее 0,1 наружного диаметра трубы, толщиной в средней части ее не менее 0,1 м. В водонасыщенных грунтах, хорошо отдающих воду, трубы укладывают на основание из бетона, располагаемое на гравийно-песчаной или щебёночной подготовке толщиной 0,20–0,25 м с устройством в ней дренажной линии.

В грунтах и плывунах, которые плохо отдают воду, бетонное основание укладывают на железобетонные плиты, которые, в свою очередь, кладут на щебёночную подготовку», — пишут А. А. Лопатина и С. А. Сазонова.

Строительство трубопровода
Фото предоставлено АО «Газстройпром»

В царстве вечной мерзлоты

Отдельный вопрос — строительство трубопроводов в регионах вечной мерзлоты. Для нефтегазовой отрасли это особенно актуально, если учесть тот факт, что большинство месторождений расположено как раз в районах Крайнего Севера. Вечная мерзлота создаёт дополнительные сложности, один из главных рисков — движение грунта из-за его протаивания. Всё это чревато авариями.

«Экстремальные погодные условия в районах Крайнего Севера определённо накладывают особые требования к качеству выполняемых работ. Здесь в первую очередь важны особенности проектирования.

В строительстве нет места «творческому самовыражению», необходимо чёткое соблюдение проектной документации, в которой отражены все параметры конструкций, необходимые для соблюдения прочностных свойств. Каждый этап работ контролируется службами строительной инспекции, которая подтверждает качество выполненных работ», — комментирует практику Никита Лапшин.

Впрочем, в распоряжении специалистов есть технические решения для работы в условиях вечной мерзлоты. Первым делом в голову приходит строительство наземных трубопроводов на специальных опорах. Очевидные плюсы технологии — простота и дешевизна строительства
и обслуживания.

Однако и здесь есть свои недостатки, ведь на наземные трубопроводы сильнее влияют погодные условия (холод, осадки). К тому же опоры не являются 100-процентной защитой от аварии при протаивании грунта. Но современные технологии позволяют строить трубопроводы и традиционным подземным способом.

«Если говорить о примерах решений, характерных для Крайнего Севера, это
в первую очередь буровзрывные работы, позволяющие разрыхлить вечномёрзлые грунты и ускорить разработку траншеи. Также стоит отметить применение незамерзающей жидкости для гидравлических испытаний трубопроводов ввиду отрицательных температур окружающего воздуха», — рассказывает Никита Лапшин.

Нашлась «своя управа» и на протаивание грунта. Эти риски решаются промораживанием, с применение термостабилизаторов грунтов.

«Благодаря этому поддерживается нужная проектная температура, грунт не растепляется от теплового воздействия конструкций или в результате сложных процессов, происходящих в подземных слоях», — объясняет Никита Лапшин.

Сварка трубопровода
Фото предоставлено АО «Газстройпром»

А что санкции?

Как мы видим, научный прогресс позволяет взять вверх над природной стихией. Однако в свете последних санкций возникают опасения: насколько доступны новейшие технологии для российских строителей сейчас, после ухода западных компаний? Никита Лапшин уверен, что бояться не стоит. Где-то «вспомнили» уже имеющиеся отечественные разработки, а где-то удалось быстро разработать и внедрить аналоги импортному оборудованию.

«Например, активно применяются оборудование и материалы для механизированной сварки, что позволяет увеличить производительность и качество относительно ручных способов. Разработаны и внедряются технологии на основе лазеров, успешно применяется контактно-стыковая сварка (КСО), которая использовалась в советское время, но потом незаслуженно была забыта. Так, при обустройстве Харасавэйского ГКМ ‑с помощью технологии КСО сварено уже более 2 500 стыков без брака при времени сварки 25 секунд.

Санкции дали толчок созданию отечественного оборудования для автоматической сварки, аналогичного широко применяемому американскому CRC-Evans AW. Речь идёт, например, о комплексах «Русь» и «Луч».

В части оборудования для неразрушающего контроля качества сварных соединений отечественная продукция сегодня применяется в 90% случаев, особенно что касается цифровой радиографии и автоматизированных средств ультразвукового контроля. Тут уже импортная продукция не выдерживает конкуренции», — перечисляет Никита Лапшин.

Не стоит бояться и того, что из-за санкций прекратится строительство новых объектов.
Во-первых, продолжается освоение новых месторождений, а значит, будет и спрос на возведение промысловых и межпромысловых трубопроводов.

Во-вторых, обсуждаются и новые масштабные проекты, в частности газопровод «Сила Сибири 2», ожидается, что работы должны начаться в 2024 году. Обсуждаются перспективы строительства ещё одной ветки ВСТО для поставок нефти в Китай.

И вероятность того, что эти или другие такие же крупные проекты буду реализованы, достаточно высока. Сейчас переориентация поставок нефти и газа на Восток во многом упирается в недостаточную пропускную способность инфраструктуры. И если не «расшить» узкие места, то экспортные перспективы России окажутся под угрозой.

Так что строительство новых трубопроводов — приоритет не только для предприятий отрасли, но
и для государства. А значит, риски того, что рынок «встанет», невелики.

Как мы видим, новые технологии позволяют строить трубопроводы в самых сложных геологических и климатических условиях. При этом значительная доля этих решений — российские.

И если учесть стратегическое значение трубопроводов для экспорта нефти и газа, строители могут смотреть в будущее со сдержанным оптимизмом. Без работы они не останутся.

Никита Лапшин, директор департамента сварки и неразрушающего контроля АО «Газстройпром»
Никита Лапшин, директор департамента сварки и неразрушающего контроля АО «Газстройпром»

Никита Лапшин, директор департамента сварки и неразрушающего контроля АО «Газстройпром»

«Если говорить о сварочном производстве и неразрушающем контроле сварных соединений, на наш взгляд, санкции оказали положительное влияние. Производители оборудования получили возможность широко применить свои наработки, а самое главное, получить обратную связь от нас, пользователей.

И «доработки», усовершенствования на основании наших замечаний сделали оборудование конкурентоспособным и готовым решать самые серьёзные задачи».


Текст: Андрей Халбашкеев

Этот материал опубликован в журнале
Нефтегазовая промышленность №2 2023.
Смотреть другие статьи номера
Транспортировка и хранение
Рекомендуем
Подпишитесь на дайджест «Нефтегазовая промышленность»
Ежемесячная рассылка для специалистов отрасли
Популярное на сайте
Новости