Tecnología especial de ingeniería de estructuras de tuberías
(1) Estructura general y características de las mangueras flexibles
1. Estructura general de las mangueras flexibles
Mangueras flexibles utilizadas en los sistemas submarinos de oleoductos y gasoductos generalmente constan de cinco partes:
A. Nailon 11 de uso común. A 85°C, este material tiene una esperanza de vida de 30 años y buena elasticidad. O utilice polietileno de alta densidad HID9300. La resistencia máxima a la tracción de este material puede alcanzar el 400% y tiene buena resistencia a los ambientes de agua de mar.
B.Materiales de refuerzo. El acero inoxidable se utiliza a menudo para la armadura de acero. Generalmente, el acero inoxidable 316L se utiliza como esqueleto prensado interno y externo, que tiene una alta resistencia a la corrosión. O utilice piezas de acero al carbono para resistir fuerzas circulares y axiales.
C.Materiales aislantes. La espuma de poliuretano es la más utilizada. Este material tiene baja conductividad térmica y buenas propiedades de aislamiento térmico, pero tiene un punto de fusión bajo, no se puede extruir y no se adhiere bien a las barras de acero. Se ha desarrollado una espuma de poliuretano modificada que se puede extruir para superar las desventajas anteriores. Debido a la fragilidad del material aislante, el espesor de una sola capa no puede exceder los 40 mm, de lo contrario se verá afectada la flexibilidad y resistencia de la manguera.
D. Materiales antideslizantes y resistentes al desgaste. Para evitar el deslizamiento y el desgaste excesivos, se colocan materiales sintéticos entre cada capa de láminas de acero reforzado para sujetar firmemente las láminas de acero y desempeñar un papel antideslizante y antidesgaste.
E. Materiales de protección exterior. A menudo se utiliza polietileno de alta densidad debido a su buena resistencia a la corrosión y al daño mecánico.
La Figura 15-21 y la Figura 15-22 muestran los diagramas estructurales de dos cuerpos de manguera típicos. La primera es una manguera flexible revestida con material de nailon, que transporta medios corrosivos bajo presión normal, y la segunda es una manguera flexible de alta presión que se utiliza para mejorar el procesamiento y el aislamiento térmico.
2. Características de las mangueras flexibles
A. La longitud del segmento de tubería es infinita. Debido a que el proceso de fabricación de tuberías, al igual que los cables, es un proceso de producción continuo, la longitud de dichas secciones de tubería está limitada únicamente por el tamaño de los carretes y tambores y la capacidad de instalar equipos de elevación. En comparación con los tubos de acero, la carga de trabajo de conectar secciones de tubos se puede reducir considerablemente y se pueden evitar uniones con una calidad de interfaz débil.
Figura 15-21Figura 15-22
B. Fácil de colocar e instalar. El tendido e instalación de mangueras flexibles en el mar no requiere un barco especial para tender tuberías. Generalmente, con una pequeña modificación, se puede utilizar un remolcador de alta potencia para tender e instalar mangueras flexibles, lo cual es tan simple y rápido como tender cables, lo que reduce en gran medida el costo del tendido e instalación en alta mar.
C. Tiene buenas propiedades anticorrosivas internas y externas y propiedades de aislamiento térmico, y tiene mejor resistencia mecánica y durabilidad que las tuberías de acero.
d. Tiene suficiente flotabilidad negativa y puede cumplir con los requisitos de estabilidad de las tuberías submarinas sin cavar zanjas ni agregar revestimientos de contrapeso adicionales.
E. Tiene una mayor resistencia a la dinámica de fluidos y al daño por fatiga por vibración que las tuberías de acero.
f.Durante la prefabricación, ambos extremos de las secciones de tubería se pueden equipar con bridas mecánicas universales para lograr conexiones mecánicas convenientes y confiables entre secciones de tubería o con secciones de tubería de acero.
G.Se puede reciclar.
(2) Campos de aplicación y efectos de las mangueras flexibles
Las mangueras flexibles se utilizan en proyectos de desarrollo de campos petroleros marinos en mi país, pero la cantidad y el alcance no son grandes. Debido al alto costo de los materiales de las mangueras, la mayoría de ellas se eligen para usarse en lugares especiales o en entornos específicos para aprovechar al máximo las ventajas especiales de las mangueras flexibles. Después de las pruebas reales, la calidad es generalmente estable y confiable, y el efecto es bueno en ambientes marinos hostiles y dinámicas complejas. Hay dos aplicaciones de mangueras flexibles en los proyectos de desarrollo petrolero marino de mi país: una es la tubería de cruce o tubo ascendente de energía entre el sistema de producción flotante y el sistema de producción submarino o de amarre de un solo punto, y la otra es el sistema de oleoducto submarino. Este artículo se centra en esta última aplicación.
a. En septiembre de 1989, China National Offshore Oil Corporation construyó la plataforma W10-3A y la plataforma W10-3B en el Golfo de Beibu (una plataforma de perforación y producción de doble propósito convertida a partir de la "Nanhai No. 1). "Barco de perforación). Entre ellos se ha tendido un oleoducto submarino con un diámetro interior de 6". Esta es la primera vez en China y la primera vez en todo el Lejano Oriente. La longitud de la manguera es de unos 1.800 m. Fabricado por la empresa francesa Coflexip China es responsable del diseño, tendido e instalación de la tubería. Esta manguera submarina fue tendida por un remolcador llamado "Nanhai 211". El buque fue modificado con un dispositivo de rodillo fijo instalado en el centro del barco y una manguera fija. carrete en la popa La manguera se conecta a ambos extremos de la plataforma encerrando la manguera en un tubo de acero en forma de J y fijando el tubo de acero en forma de J a la funda. La colocación de este tipo de manguera solo toma un día, lo cual es. menos que colocar el tubo de acero. Esto ahorró mucho tiempo y costos de tendido del oleoducto.
b En julio de 1991, China National Offshore Oil Corporation instaló e instaló con éxito el segundo oleoducto en el Golfo de Beibu. Proyecto de desarrollo del campo petrolero del norte Wei 10-3. Oleoducto submarino con manguera. El diámetro interior del oleoducto es de 6" (152 mm) y la longitud es de aproximadamente 4,25 km. Se extiende desde la plataforma W10-3C (una plataforma de perforación y producción de petróleo). plataforma fija modificada de plataforma de perforación autoelevable "Bohai 6") a plataforma W10-3A. La longitud de este oleoducto submarino de manguera flexible es actualmente la más larga en aguas chinas. La empresa francesa Coflexip es responsable del diseño de la estructura de las mangueras y del diseño de la construcción del tendido de tuberías (incluido el diseño de modificación de los buques de trabajo de tres propósitos "Nanhai 210" y "Nanhai 211"), y también es responsable de la fabricación y el suministro de mangueras.
La construcción modificada de los buques de tendido de tuberías ("Nanhai 210" y "Nanhai 211") y la instalación de las mangueras en alta mar fueron completadas por CNOOC. En la Figura 15-23 se muestra el diseño general de los dos oleoductos submarinos de manguera flexible en el campo petrolero W10-3 en el Golfo de Beibu.
Figura 15-23 El oleoducto submarino de manguera tendido en el campo petrolífero W10-3 en el golfo de Beibu.
C. En 1993, se instaló y puso en producción un oleoducto submarino flexible de 6" en el campo petrolero Lufeng 13-1 desarrollado conjuntamente en el estuario del río Pearl. La profundidad del agua de este campo petrolero es de 140 ~ 150 metros El oleoducto es de La longitud total desde la plataforma de producción de petróleo en la boca del pozo hasta el dispositivo flotante de almacenamiento de petróleo del Nanhai Shengkai es de aproximadamente 1,85 km, ver Figura 15.24+ En marzo de 1996, fue contratado por la Coflixip francesa. La empresa para construir el proyecto Liuhua 11 en el estuario del río Pearl. -1 coloca tres tuberías submarinas de mangueras flexibles, una de estas tres mangueras es una tubería de prueba y medición de 6", y las otras dos son tuberías submarinas de producción e inyección. Un extremo del oleoducto está conectado al sistema de amarre de un solo punto de la unidad flotante de producción y almacenamiento de petróleo Nanhai Victory, y el otro extremo está conectado a la base submarina de la plataforma auxiliar de producción y perforación semisumergible Nanhai Challenge. La longitud es de aproximadamente 2,5 km. La disposición de las tres mangueras se muestra en la Figura 15-25. El campo petrolero Liuhua 11-1 es desarrollado conjuntamente por la Amoco Oriental Petroleum Company de China y la American Comac Petroleum Company. La profundidad del agua del campo petrolero es de 300 ~ 350 metros.
Figura 15-24 Lufeng 13. Tuberías blandas de transmisión submarina de petróleo del campo petrolero -1
Figura 15-25 Diagrama de disposición de tres mangueras en el campo petrolífero Liuhua 11-1
E.1993 Sistema de tuberías submarinas en la bahía de Liaodong Suizhong Proyecto de Desarrollo de la Zona Experimental del Yacimiento Petrolífero 36-1, reemplazando parte del elevador de acero y codo de expansión por tres secciones de manguera flexible. En aquel momento, para la plataforma de energía vital de este yacimiento petrolífero se necesitaban seis elevadores de plataforma para tuberías submarinas y se instalaron los módulos superiores de la plataforma. Al instalar tuberías y elevadores submarinos, no se pueden utilizar los métodos habituales de elevación general de elevadores, codos de expansión y tubos planos. Para solucionar este problema se propuso sustituir parte de los elevadores de acero y los codos de expansión por mangueras flexibles. La práctica ha demostrado que se han conseguido los resultados esperados. La manguera de tres secciones tiene una sección para transporte de gas natural con un diámetro interior de 88,9 mm, una sección para inyección de agua con un diámetro interior de 152,4 mm y una sección para transmisión de petróleo con un diámetro interior de 203,2 mm de longitud. Las tres secciones de manguera son de 60 m. La profundidad del agua en el área de prueba del campo petrolero Suizhong 36-1 es de 30 metros.
f. En abril de 1998, la manguera flexible de 4 secciones producida por la empresa estadounidense Wel1-stream se instaló en el sistema de tuberías submarinas del proyecto de desarrollo del campo petrolífero Bohai Jinzhou 9-3. El lugar de instalación está cerca de la plataforma de cimentación del cajón en el área este/oeste. La manguera flexible sirve como codo de expansión que conecta el tubo ascendente dentro del cajón y el tubo plano de acero fuera de la base del cajón. La consideración principal es que la profundidad de socavación cerca de la base del cajón es de 1,5 m. Cuando el tubo ascendente pasa a través de la pared del cajón y está conectado a la tubería plana, el punto que pasa a través de la pared del cajón está a 1,5 m del fondo del mar. es una sección desde el tubo ascendente hasta el tubo plano suspendido del fondo marino. Si se utilizan tubos de acero para la sección del codo de expansión, existe el riesgo de daños por fatiga causados por la excitación de corrientes parásitas. Por lo tanto, se diseñan y seleccionan mangueras flexibles con mejor resistencia a los fluidos. Las especificaciones son 2 secciones de tubería de suministro de aceite de 12" y 2 secciones de tubería de inyección de agua a alta presión de 65/8". La longitud de la manguera en el extremo del cajón en el área oeste es de 50 m y en el área este es de 70 m. Han pasado cinco años desde que se puso en producción y no ha habido ningún problema.
(3) Desarrollo técnico y perspectivas de aplicación de las mangueras flexibles
Las mangueras flexibles fueron desarrolladas por primera vez por el Instituto Francés del Petróleo después de casi diez años de investigación y son productos patentados aplicables para el petróleo. y del gas, y posteriormente fundó Coflexip Company para especializarse en la producción. En aquel momento era el mayor fabricante del mundo, tenía una posición de monopolio y el precio era relativamente caro. Sin embargo, debido a que tiene muchas ventajas obvias sobre los tubos de acero, es especialmente popular en la industria petrolera costa afuera y su alcance de aplicación continúa expandiéndose. En los últimos años, Estados Unidos, Japón y algunos países europeos han producido sucesivamente este tipo de mangueras, entre las cuales la empresa estadounidense "Wellstream" se ha convertido en un fuerte competidor de Coflexip. Con el desarrollo de la tecnología y la competencia en el mercado, los precios de dichos productos continúan bajando y los campos de aplicación y la escala se amplían aún más.
2. Aplicación y tecnologías relacionadas de la estructura de tubería de "tubo derivado"
(1) Ejemplo de ingeniería de estructura de tubería de "tubo secundario"
Figura 15- 26 Diagrama estructural de tuberías "tubería madre y subtubería"
China National Offshore Oil Corporation diseñó, tendió e instaló una tubería submarina de unos 10 km de largo y con un diámetro exterior de 2,375" para transportar anticongelante de etilenglicol. El "ducto principal" tiene un diámetro exterior de 8,625 pulgadas y se utiliza para transportar el gas natural producido en la boca del pozo. Este gasoducto es un tubo de recolección y transporte para el campo de gas condensado. Se utiliza para transportar el gas natural producido por Nangao. plataforma a la plataforma Beigao y luego a la terminal de procesamiento en tierra Para evitar la formación de hidratos en el gasoducto submarino de 10 km de Nanping a Zhongbeiping, se inyecta anticongelante de etilenglicol desde la entrada del gasoducto para reducir los costos de producción. Para realizar la reutilización del anticongelante, propusimos un plan de proceso para separar y recuperar el anticongelante en la plataforma norte, y luego usar una pequeña tubería de 2" para bombear el etilenglicol recuperado de regreso a la plataforma sur, logrando así la reutilización del anticongelante. Para realizar esta solución técnica se compararon varias soluciones de estructura de tuberías, como por ejemplo el uso de mangueras de recogida flexibles o el tendido de dos tubos de acero por separado. Sin embargo, luego de análisis y comparaciones técnicas y económicas, finalmente se decidió utilizar una tubería de acero con estructura de "tubo hijo-madre", lo que se consideró técnicamente factible.
Se puede instalar el barco de colocación de tuberías existente para colocar las dos tuberías de acero juntas y enterrarlas en la misma zanja. Este es el costo más bajo del proyecto y obviamente es el enfoque más razonable. La ruta del oleoducto se encuentra en un suelo plano y blando en el fondo del mar y la profundidad del agua es de unos 18 m.
La Figura 15-26 muestra los principales parámetros de la tubería de estructura "tubo maestro-hijo".
(2) Tecnologías relacionadas con la estructura del oleoducto "niño-madre"
Esta es la primera vez que este tipo de oleoducto submarino se utiliza en China, y es poco común en el mundo.
En primer lugar, no existen normas rectoras específicas y claras para el diseño de este tipo de tuberías en las normas internacionales generales, ni podemos encontrar métodos y principios que puedan usarse como base para el diseño. En el diseño de la tubería, de acuerdo con las condiciones específicas del proyecto, considere usar la tubería pequeña de 2" como carga adicional para la tubería principal de 8" y controle la resistencia estructural de la tubería principal de 8" para garantizar que las dos tuberías No se separó durante el proceso de instalación. Aunque desde el concepto de diseño se puede decir que, después de todo, no se ha diseñado antes y no hay experiencia ni confianza. Finalmente, se invitó a la American Gulf Engineering Company a cooperar en el diseño. de la tubería submarina con estructura de "tubo principal".
Según los requisitos de diseño, se utilizó "Binhai 109". El barco de tendido de tuberías agrega una línea de operación de tendido de tuberías de 2 pulgadas fuera de la tubería existente. Línea de operación de tendido Utilizando la flexibilidad de la tubería de 2", después de que la tubería principal de 8" completa el vertido del dedo del caballo del nodo en el sitio, la tubería de 2" se conecta a la tubería principal. En la tubería de alcantarillado, las tuberías se atan y Se fijan en la tubería principal de acuerdo con los requisitos de diseño, y luego se lanzan juntos y se colocan en el fondo del mar. Durante el proceso de colocación, todas las fuerzas de tracción ejercidas estaban sobre el tubo principal de 8", y el tubo pequeño de 2" sólo se fijó en el tubo principal como carga adicional. No se utilizaron miembros tensionados para controlar la tensión durante la instalación.
(3) Las perspectivas de aplicación de la estructura de tubería de "tubería principal secundaria"
La práctica ha demostrado que el diseño, tendido e instalación de este tipo de estructura de "tubería principal secundaria" El oleoducto submarino tiene un gran éxito, logrando el objetivo previsto y acumulando una valiosa experiencia para el diseño y tendido de este especial oleoducto submarino en nuestro país. Las perspectivas de aplicación de la estructura de tubería "niño-madre" son amplias.