Подводный трубопровод для транспортировки нефтепродуктов

1 Настоящее изобретение относится к подводному трубопроводу, предназначенному для транспортировки нефтепродуктов, более точно,к трубопроводу указанного выше типа, включающему, по меньшей мере, одну напорную линию для указанных выше нефтепродуктов и трубчатый защитный кожух, в который заключена упомянутая напорная линия. Еще более точно настоящее изобретение относится к трубопроводу указанного выше типа, рассчитанному на прокладку на большой глубине по морскому дну или вблизи морского дна, т.е. на глубине порядка нескольких сот метров и более. Из пробуренных на такой глубине подводных скважин обычно одновременно добывают жидкие углеводороды, газообразные углеводороды и воду. Преобладающая на таких глубинах низкая температура приводит к образованию из многофазной смеси газовых гидратов и парафинов, способных закупоривать напорные линии,по которым они протекают. Одно из решений проблемы предотвращения закупорки напорных линий заключается в нанесении на них наружного адгезивного покрытия из термоизоляционного материала, обладающего также механической прочностью,необходимой для того, чтобы выдерживать высокое гидростатическое давление на больших глубинах. Для такого покрытия используют, в частности, композитные материалы на основе,например, эпоксидной смолы полиуретана или полипропилена. Такие материалы изготавливает и продает ряд компаний, например, Isotub(Великобритания) и Bredero Price (США). За счет подбора состава возможно менять,например, плотность (и, следовательно, плавучесть), механическую прочность, коэффициент теплопередачи, диэлектрическую константу этих материалов. Наряду с высокой механической прочностью покрытия, необходимой на больших глубинах, обеспечивается значительное повышение плотности используемого материала, при этом данное повышение плотности оказывает негативное воздействие на термоизоляционные свойства материала. Таким образом,для обеспечения требуемой термоизоляции толщина покрытия должна быть дополнительно увеличена, что делает такое решение исключительно дорогостоящим при его применении на больших глубинах. Кроме того, покрытие указанного выше типа не обладает достаточным сопротивлением истиранию для того, чтобы покрытые им напорные линии можно было укладывать методом буксировки по морскому дну. Другим известным из техники способом защиты расположенных на большой глубине подводных напорных линий является заключение напорных линий в обычные трубчатые защитные кожухи, способные выдерживать гидростатическое давление. Благодаря таким кожухам, заключенные в них напорные линии могут 2 быть уложены методом их буксировки до места укладки. В защитном кожухе могут помещаться несколько напорных линий, на каждую из которых нанесено тонкое термоизоляционное покрытие малой плотности (вспененный полиуретан, вспененный полиэтилен, стекловата, шлаковая вата и т.д.). На очень значительных глубинах стальной защитный кожух не способен выдерживать гидростатическое давление, если его толщина не будет увеличена, что увеличивает его удельный вес на погонный метр в ущерб плавучести, необходимой для буксировки на место укладки. На этот случай из техники известен способ, согласно которому внутреннее пространство кожуха между напорной линией с нанесенным на нее покрытием и самим кожухом заполняют инертным газом, например, азотом. При этом в кожухе на протяжении всего срока службы напорных линий, который может составлять 20 и более лет, необходимо поддерживать давление азота. Это требует больших затрат, поскольку первоначальная подача азота под давлением является дорогостоящим процессом, а техническое обслуживание вызывает затруднение из-за медленной диффузии азота через сварные швы защитного кожуха. Кроме того,уровень давления должен быть установлен на суше, например, на берегу еще в процессе сооружения трубопровода. Поскольку необходимое высокое давление сопряжено с опасностью взрыва защитного кожуха, необходимо увеличить толщину кожуха, однако, это наносит ущерб плавучести конструкции, что необходимо для ее буксировки до места укладки, как это указывалось выше. Таким образом, целью настоящего изобретения является создание подводного трубопровода для транспортировки нефтепродуктов, в частности, рассчитанного на укладку на морском дне или вблизи морского дна на большой глубине и обладающего необходимой механической прочностью, термоизоляционной способностью и плавучестью, требуемой для его буксировки до места укладки, с одновременным решением проблем высокой стоимости и безопасности, о которых говорилось выше со ссылкой на предшествующий уровень техники. Названная цель изобретения и прочие цели, которые станут очевидны после прочтения следующего ниже описания, достигаются за счет подводного трубопровода для транспортировки нефтепродуктов, включающего, по меньшей мере, одну напорную линию для упомянутых нефтепродуктов и трубчатый защитный кожух, в который заключена упомянутая напорная линия, при этом упомянутый трубопровод отличается тем, что включает наполнитель из термоизоляционного материала, обладающего механическим сопротивлением гидростатическому давлению в подводном положении, где уложен трубопровод. Материал наполнителя 3 легче воды, что необходимо для регулировки веса трубопровода и обеспечения требуемой плавучести. Материал наполнителя отличается тремя основными свойствами: он обеспечивает термоизоляцию напорной(ных) линии(й) внутри защитной трубы, выдерживает внешнее гидростатическое давление и обеспечивает плавучесть конструкции трубопровода, что необходимо для его укладки. Учитывая, что трубопровод в целом допускает проникновение воды внутрь, от защитного кожуха теперь не требуется выдерживать гидростатическое давление на месте его укладки либо внутреннее давление газа на суше,а толщина его стенок может быть сравнительно небольшой, что благоприятно сказывается на плавучести трубопровода. Отсутствие высокого давления газа внутри трубопровода является благоприятным фактором с точки зрения безопасности на местах сооружения и укладки таких трубопроводов. Прочие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными после прочтения следующего ниже описания и изучения приложенных чертежей, на которых на фиг. 1 изображено поперечное сечение варианта осуществления трубопровода, согласно изобретению, и на фиг. 2 - схема, иллюстрирующая способ сборки и укладки упомянутого трубопровода. Проиллюстрированный на фиг. 1 трубопровод включает трубчатый кожух 1, например стальной кожух, внутри которого помещается множество напорных линий 21, 22, 31, 32. В соответствии с не ограничительным примером, приведенным в целях наглядности, в напорных линиях 21, 22 может находиться текучая среда,служащая для нагрева напорных линий 21, 22 и предотвращающая закупорку напорных линий за счет охлаждения упомянутой смеси на больших глубинах. В соответствии с изобретением кожух дополнительно включает наполнитель 41, 42 из материала, сочетающего хорошие термоизоляционные свойства и очень высокую механическую прочность, благодаря чему, как будет пояснено ниже, при воздействии на него высокого давления, которое типично на больших глубинах на морском дне или поблизости от него,сохраняется целостность его конфигурации. Термоизоляционные свойства материала должны быть таковы, чтобы в сочетании с эффектом нагревания напорных линий 31, 32 температура напорных линий 21, 22 поддерживалась на уровне, препятствующем закупорке напорных линий. Так в соответствии с настоящим изобретением пространство внутри трубчатого кожуха 1 намеренно, по указанным ниже причинам не полностью занято материалом наполнителя,либо напорными линиями 21, 22, 31, 32. Данное пространство подвержено воздействию гидро 001512 4 статического давления снаружи кожуха. В проиллюстрированном варианте изобретения данное пространство преимущественно включает кольцевое пространство 5 между наполнителем 41, 42 и кожухом 1 и свободное пространство продольных удлиненных проходов 61, 62, из которых удален материал наполнителя с целью поместить в них соответствующие напорные линии 21, 31 и 22, 32. Как поясняется ниже, проходы 61, 62 находятся в жидкостном сообщении с кольцевым пространством 5 и, таким образом,находится под воздействием давления, равного давлению на морском дне. Для поддержания кольцевого пространства 5 могут быть предусмотрены распорные детали (не показаны), например, отходящие от окружности материала наполнителя. С целью поддержания одинакового давления, воздействующего на внутреннюю и наружную поверхности кожуха 1, в кожухе могут быть проделаны отверстия 71, 72, 73, за счет чего устанавливается жидкостное сообщение между двумя указанными поверхностями, при этом упомянутые отверстия расположены вдоль всего трубопровода. Поскольку поверхности кожуха находятся под воздействием одинакового давления, у кожуха не обязательно должна быть большая толщина, необходимая для того, чтобы выдерживать высокое давление на больших глубинах. Его функция состоит исключительно в защите материала наполнителя 41, 42 от истирания. За счет использования относительно тонкого кожуха 1 в соответствии с настоящим изобретением в сочетании с материалом наполнителя с соответствующей плавучестью трубопровод может обладать плавучестью, пригодной для его буксировки на место укладки, как это объясняется ниже. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения материал наполнителя представляет собой "синтаксическое" (с упорядоченной структурой) композитное вещество. Вещество такого рода отличается от упомянутых в преамбуле к данному описанию своим составом, ценой и малой плотностью. Оно состоит из микросфер и, возможно, макросфер,погруженных в основу, состоящую из, например, эпоксидной смолы, полиуретана или полипропилена. Данные вещества изготавливают и продают ряд компаний, включая, например,BMTI (Франция), Balmoral Marine (Великобритания) и EmersonCuming (США). За счет выбора соответствующего состава вещества можно регулировать его механическую прочность,коэффициент теплопередачи и плавучесть с тем,чтобы его свойства отвечали требованиям для использования в качестве наполнителя 41, 42. Кроме того, хорошо известно, что обладая аналогичными термическими характеристиками,упомянутое вещество значительно дешевле, чем 5 упомянутые в преамбуле к настоящему описанию. Что касается механической прочности,вещество должно быть способно выдерживать давление на месте укладки трубопровода на большой глубине. Такое давление может составлять, например, до 250 бар. Что касается коэффициента U теплопередачи, выражающегося в Вт/м 2 С, для изоляции трубопровода на больших глубинах необходимо, чтобы величина U составляла порядка 2 и менее, лишь при этом возможно осуществлять экономичную регулировку температуры трубопровода. Что касается плавучести трубопровода для его буксировки к месту укладки необходимо,чтобы его средняя масса в воде составляла порядка от 5 до 30 кг на погонный метр при условии, что трубопровод укладывают на дне моря,или порядка от 5 до 20 кг на погонный метр при условии, что трубопровод находится на плаву над морским дном. При указанной выше массе для буксировки секций трубопровода длиной в несколько километров могут быть использованы существующие буксиры со средней номинальной мощностью (тяговое усилие примерно 80 т). Таким образом, очевидно, что используемый материал наполнителя должен быть легче воды. Указанным выше требованиям отвечают синтаксические вещества. Они могут быть также подвергнуты формованию, благодаря чему наполнитель может быть сформирован за счет подгонки пар половинок оболочки 41, 42, в которые заключены напорные линии 21, 22, 31, 32,как это показано на фиг. 1. При формовании половинок оболочки в них проделывают каналы, ограничивающие проходы 61, 62 после сборки половинок оболочки. Посредством пустот 8 между половинками оболочки данные каналы находятся в жидкостном сообщении с кольцевым пространством 5. Таким образом проходы 61, 62 находятся под воздействием давления,равного высокому гидростатическому давлению на дне моря. При этом половинки оболочки 41,42 обеспечивают их хорошую термоизоляцию,благодаря чему преимущественно удерживается тепло, выработанное линиями нагрева 31, 32 и нагревающее напорные линии 21, 22 за счет теплопроводности. В соответствии с приведенной на фиг. 2 схемой, иллюстрирующей различные стадии сборки и укладки трубопровода согласно изобретению, сборка может быть осуществлена,например, на берегу. На первом этапе сборки последовательно осуществляют сварку встык секций напорных линий 21, 22 и 31, 32, длина каждой из которых составляет, например, 12 м,после чего производят шлифовку торцов, например, нанося на напорные линии антикоррозийный защитный состав. Из напорных линий 21, 22 и 31, 32 формируют пучок. Затем пары по 001512 6 ловинок оболочки 41, 42 одну за другой сваривают встык вокруг только что сформированного пучка напорных линий. Секцию 11 кожуха 1 посредством резьбового соединения насаживают на последнюю пару половинок оболочки,подогнанных и приваренных к предыдущей секции. Собранный таким образом трубопровод затем, если это необходимо, оснащают защитными антикоррозийными анодами. Для сборки трубопровода, длина которого достаточна для его буксировки к месту окончательной укладки,операцию осуществляют повторно необходимое число раз. Таким образом, очевидно, что поставленная цель изобретения достигнута, а именно,обеспечена возможность экономичной сборки и укладки на больших глубинах подводного трубопровода для транспортировки нефтепродуктов, обладающего требуемыми термоизоляционными свойствами, механической прочностью и плавучестью. Естественно, что изобретение не ограничено описанным и показанным вариантом осуществления, приведенным лишь в иллюстративных целях. Например, вода может быть подана в кожух не через отверстия, расположенные по всей его длине, а через один из его торцов. Кожух может быть выполнен из материала,способного сжиматься вокруг наполнителя под действием внешнего гидростатического давления. В таком случае в кожухе не проделывают отверстий. Кольцевое пространство 5 заполняют при сжатии кожуха. Происходящая в результате этого деформация кожуха не создает никаких проблем, поскольку кожух обеспечивает лишь защиту от истирания и облегчает сборку, как указывалось выше. На фиг. 1 показан наполнитель из пар половинок оболочки. Очевидно, что последующие секции наполнителя могут состоять из групп,включающих различное число дополнительных оболочек. Аналогичным образом изобретение не ограничено защитными напорными линиями, такими как напорные линии 21, 22 и 31, 32, показанными на чертеже. Напротив, оно относится к трубопроводам, включающим любое число напорных линий и вспомогательных линий, в число которых также могут входить линии электроснабжения и линии управления устьями скважин, установленных на морском дне. Помимо названных выше синтаксических материалов для половинок оболочек могут использоваться иные материалы при условии, что они обладают требуемыми термоизоляционными свойствами, механической прочностью и плавучестью. Таким образом, в этих целях могут использоваться другие композитные материалы, например, каучук, неопрен, материал с ячеистой структурой. Аналогичным образом кожух может быть выполнен из иных обычных материалов, например, ПВХ или стеклопластика. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Подводный трубопровод для транспортировки нефтепродуктов, включающий, по меньшей мере, одну напорную линию (21, 22) для упомянутых нефтепродуктов и трубчатый защитный кожух (1), в который заключена упомянутая напорная линия (21, 22), отличающийся тем, что он включает наполнитель (41, 42) из термоизоляционного материала, обладающего механическим сопротивлением гидростатическому давлению в подводном положении, в котором уложен трубопровод, при этом упомянутый наполнитель (41, 42) находится на плаву внутри содержащего воду кожуха (1) под давлением, равным внешнему гидростатическому давлению. 2. Трубопровод по п.1, отличающийся тем,что упомянутый наполнитель (41, 42) состоит из материала легче воды. 3. Трубопровод по п.1 или 2, отличающийся тем, что в кожухе (1) проделаны отверстия(71, 72, 73), обеспечивающие жидкостное сообщение между его внутренней и наружной поверхностями. 4. Трубопровод по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что из, по меньшей мере, одного удлиненного прохода (61, 62) для упомянутых напорных линий удален наполнитель, при этом упомянутый проход (61, 62) находится под воздействием давления, равного внешнему гидростатическому давлению. 8 5. Трубопровод по п.4, отличающийся тем,что упомянутый удлиненный проход (61, 62) имеет такую форму, чтобы в нем могла также помещаться вспомогательная линия (31, 32). 6. Трубопровод по п.5, отличающийся тем,что упомянутая вспомогательная линия (31, 32) представляет собой линию нагрева, служащую для нагревания упомянутой напорной линии за счет теплопроводности. 7. Трубопровод по п.5, отличающийся тем,что упомянутая вспомогательная линия представляет собой линию управления устьем подводной скважины. 8. Трубопровод по п.5, отличающийся тем,что упомянутая вспомогательная линия представляет собой линию управления подводной нефтяной скважиной. 9. Трубопровод по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что наполнитель состоит из групп дополнительных оболочек (41, 42),последовательно сваренных встык. 10. Трубопровод по п.9 в сочетании с любым из пп.5-9, отличающийся тем, что в оболочках, входящих в одну группу, проделаны полые каналы, в целом ограничивающие отрезок упомянутого удлиненного прохода (61, 62). 11. Трубопровод по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что упомянутый наполнитель состоит из материала, выбранного из группы,включающей синтаксическое вещество, композитное вещество, каучук, неопрен, вещество с ячеистой структурой. 12. Трубопровод по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что упомянутый кожух выполнен из материала, выбранного из группы,включающей ПВХ, стеклопластик.