Предварительный национальный стандарт ПНСТ 567-2021 "Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Взаимодействие траловой оснастки и трубопроводов. Методические указания" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2021 г. N 64-пнст)

Petroleum and natural gas industry. Subsea production systems. Interference between trawl gear and pipelines. Methodology guide

УДК 622.276.04:006.354
ОКС 75.020

Срок действия - с 1 мая 2022 г.
до 1 мая 2025 г.

Предисловие

1 Разработан Обществом с ограниченной ответственностью "Газпром 335" (ООО "Газпром 335")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 023 "Нефтяная и газовая промышленность"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2021 г. N 64-пнст

Введение

Создание и развитие отечественных технологий и техники для освоения шельфовых нефтегазовых месторождений должно быть обеспечено современными стандартами, устанавливающими требования к проектированию, строительству и эксплуатации систем подводной добычи. Для решения данной задачи Министерством промышленности и торговли Российской Федерации и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии реализуется "Программа по обеспечению нормативной документацией создания отечественной системы подводной добычи для освоения морских нефтегазовых месторождений". В объеме работ программы предусмотрена разработка национальных и предварительных национальных стандартов, областью применения которых являются системы подводной добычи углеводородов.

Целью разработки настоящего стандарта является установление общих требований к проектированию трубопроводов, подвергаемых взаимодействию со стороны траловой оснастки.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает требования к методам проектирования трубопроводов, подвергаемых воздействию траловой оснастки; включая ударное воздействие, перетягивание и зацепление, применяемых при обустройстве морских нефтегазовых месторождений с использованием систем подводной добычи углеводородов.

Настоящий стандарт применим к жестким трубопроводам с внешним диаметром более десяти дюймов (включая покрытие).

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 54382 Нефтяная и газовая промышленность. Подводные трубопроводные системы. Общие технические условия.

ГОСТ Р 59304 Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 59304, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 ваер: Стальной канат для буксировки трала, один конец которого соединен с траловой доской, а другой - с барабаном ваерной или траловой лебедки на судне.

3.2 жесткий трубопровод: Трубопровод, состоящий из сваренных между собой труб.

3.3 свободный пролет: Участок трубопровода между двумя опорами.

3.4 трал общего потребления: Трал, используемый для отлова рыбы для потребления людьми.

3.5 трал промышленного потребления: Трал, используемый для отлова рыбы для нужд промышленности (масло, мука, корма для животных).

3.6 DEH кабель: Кабель обогрева трубопровода.

4 Обозначения

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:

В - половина высоты траловой распорной доски;

C _h - коэффициент зависимости высоты пролета от скорости воздействия;

E _DEH - энергия воздействия, поглощенная локально DEH кабелем, включая защитные конструкции;

E _TEST - уровень энергии при испытании на ударное воздействие;

E _kin - кинетическая энергия молота;

E _pipe - энергия воздействия, поглощенная трубопроводом;

f _imp - частота воздействия на траловую оснастку;

F _TEST - минимальное требуемое усилие ударного воздействия от молота для испытаний;

g - ускорение свободного падения;

Н _cr - критическая высота свободного пролета для зацепления;

H _i - высота маятника ударного молота;

H _l - высота подъема при зацеплении;

I - плотность движения траловых судов (годовое значение количества на единицу площади морского дна);

L - длина траловой распорной доски, длина бимтрала или ширина груза для стабилизации;

L _s - длина соскоба для испытаний на соскоб;

m _h - масса испытательного ударного молота;

n _cap - стойкость трубы с покрытием, выраженная через количество повторных воздействий до поломки;

n _g - количество траловых распорных досок, башмаков бимса и грузов для стабилизации на траловом судне;

n _mean - количество воздействий на покрытие до поломки;

OD - общий внешний диаметр трубопровода, включая покрытие;

V - скорость буксировки трала;

- доля длины трубопровода, подверженная воздействию трала;

- преобладающее направление трала относительно нормали к оси трубопровода;

- угол внутреннего трения для грунта;

- стандартное отклонение при испытании на удар.

5 Общие положения

5.1 Классификация донной траловой оснастки - в соответствии с приложением А.

5.2 Предварительное проектирование трубопровода - в соответствии с приложением Б.

5.3 Может быть учтено влияние грунта на проектирование подводных трубопроводов (см. [1]).

5.4 Последовательность проектирования трубопровода с учетом взаимодействия с траловой оснасткой - в соответствии с приложением В.

5.5 Перечень исходных данных относительно ожидаемых траловых работ вдоль маршрута трубопровода для расчета нагрузки и ее влияния на трубопровод включает (но не ограничивается перечисленным):

- категорию трала (промышленное потребление, общее потребление);

- параметры оборудования для трала (тип, форма, размер, масса, скорость трала);

- ожидаемую частоту соприкосновения траловой оснастки с трубопроводом;

- будущие тенденции (новые типы трала, масса, скорость и формы).

5.6 Исходные данные, необходимые для расчетов, должны быть получены от уполномоченных организаций (Федеральное агентство по рыболовству, Российский морской регистр судоходства).

5.7 При проектировании необходимо обеспечить своевременность получения исходных данных.

5.8 Маршрут трубопровода должен быть разделен на участки, для каждого из которых должны быть определены исходные данные в соответствии с 5.5.

5.9 Необходимо учесть, что в связи с развитием оборудования для рыболовного промысла и изменения рыболовных запасов частота траловых работ, места их ведения, а также сама траловая оснастка могут значительно меняться на протяжении срока использования трубопровода.

5.10 Следующие факторы должны быть учтены для получения правильной оценки частоты воздействия траловой оснастки на трубопровод:

- концентрация рыболовных судов в соответствующем районе;

- преобладающее направление трала относительно трубопровода;

- распространение оборудования для трала разных размеров.

5.11 Частоту воздействия траловой оснастки на трубопровод f _imp, Гц вычисляют по формуле

,

(1)

где n _g - количество траловых распорных досок, башмаков бимса или грузов для стабилизации для каждого судна;

I - предполагаемая плотность применения трала (годовое среднее число траловых судов на единицу площади морского дна);

V - скорость трала;

- доля длины трубопровода, подверженная действию траловой нагрузки;

- угол преобладающего направления движения трала относительно нормали к оси трубопровода. Если необходимая информация есть в доступе, можно применить функцию распределения для направления трала вместо cos , не должно приниматься больше 75°.

6 Требования к проектированию трубопровода с учетом взаимодействия с траловой оснасткой

6.1 Общие сведения

При проектировании трубопровода с учетом взаимодействия с траловой оснасткой должны быть проведены следующие виды оценки:

- на ударное воздействие траловой оснастки на трубопровод;

- перетягивание траловой оснастки через трубопровод;

- зацепление траловой оснастки под трубопроводом.

6.2 Ударное воздействие траловой оснастки на трубопровод

Оценка ударного воздействия должна включать следующие этапы:

- расчет уровня энергии воздействия, поглощаемой трубопроводом от воздействия конкретной траловой оснастки, как основа для технических требований к испытаниям на ударное воздействие;

- определение предельной нагрузки, действующей на стальную стенку трубопровода, на основании конкретных критериев приемки по допустимому размеру вмятин.

Масса траловой оснастки и скорость должны быть определены при симуляции взаимодействия траловой оснастки и трубопровода.

Примечание - Кинетическая энергия траловой оснастки может полностью или частично рассеиваться при ударном воздействии в результате:

- деформации тралового оборудования;

- деформации защитного покрытия для прикрепленных DEH кабелей и т.д.;

- деформации покрытия (коррозия, вес, теплоизоляция и/или изоляция сварного шва);

- упругой деформации и возможных пластичных вмятин стальных стенок трубопровода;

- общих отклонений трубопровода, включая эффекты движения грунта;

- деформации грунта.

Для расчета энергии, локально поглощенной трубопроводом (считая, что трубопровод локально деформируется вдавливанием и вся энергия воздействия поглощается), используют консервативный метод расчета (см. [2]).

Для расчета ответной реакции трубопровода используют углублённый метод (см. [2], приложение А).

Численный пример расчета приведен в [2] (приложение В).

Испытания ударного воздействия на покрытие - в соответствии с приложением Г.

Испытание на соскоб покрытия - в соответствии с приложением Д.

6.3 Перетягивание траловой оснастки через трубопровод

Поведение конструкции трубопровода при перетягивании траловой оснастки должно оцениваться путем моделирования части трубопровода, морского дна и опор, а также путем проведения динамического расчета конструкции с применением нагрузки перетягивания.

При оценке воздействия перетягивания траловой оснастки через трубопровод следует учитывать следующие эффекты:

- потерю устойчивости;

- значительное смещение, включая геометрическую жесткость;

- сопротивление грунта;

- нелинейные свойства материалов.

При моделировании и расчете должно быть учтено, что со временем из-за эрозии/очистки возможно образование свободного пролета, что приведет к изменению взаимодействия трубы и грунта.

Нагрузки перетягивания должны быть определены при испытаниях модели или при численном моделировании.

Примечание - При оценке перетягивания определяют общую ответную реакцию трубопровода. На этом этапе трубопровод может подвергаться воздействию относительно больших горизонтальных (боковых) и вертикальных усилий.

Наиболее критичное положение при перетягивании трала зависит:

- от длины, высоты и подпорок для свободного пролета;

- искривления трубопровода;

- боковых или осевых опор, либо ограничителей.

Если гибкость потенциального свободного пролета не является доминирующей, а диаметр трубопровода от 10" до 40", проводят расчет нагрузок и сопротивления трубопровода (см. [2], разделы 4 и 6).

Численный пример расчета приведен в [2] (приложение В).

Если участки трубопровода подвергаются потере устойчивости из-за температуры и/или давления, перетягивание трала может привести к перпендикулярным колебаниям. Методология и критерии проектирования приведены в [3].

В случае применения альтернативных методов и процедур должно быть доказано, что уровень безопасности соответствует требованиям ГОСТ Р 54382.

6.4 Зацепление траловой оснасти с трубопроводом

При оценке возможности зацепления должны быть учтены два состояния:

- частичное проникновение: часть рассматриваемых компонентов траловой оснастки (траловая распорная доска, груз для стабилизации или бимтрал) застревает под трубопроводом. Для траловой распорной доски это может произойти при любой высоте пролета, но для груза для стабилизации и бимтрала требуется определенный зазор;

- заклинивание определяют как состояние, при котором компоненты траловой оснастки проходят под трубой в свободном пролете и застревают на противоположной стороне трубопровода с тросом под трубой. Это считается маловероятным сценарием и применимо только к траловой распорной доске. Для этого требуется определенная критичная высота пролета.

Необходимо избегать свободных пролётов трубопровода, где может произойти заклинивание или частичное проникновение траловой оснастки.

Критическую высоту свободного пролета Н _cr, м, выше которой может произойти заклинивание траловой распорной доски, вычисляют по формуле

,

(2)

где В - половина высоты траловой распорной доски.

Критическую высоту свободного пролета Н _cr, м, выше которой может произойти частичное проникновение, вычисляют по формулам:

- для бимтрала:

;

(3)

- для груза для стабилизации:

.

(4)

Примечание - При использовании бимтрала высота пролета больше критической не допускается, т.к. зацепление может привести к чрезмерной нагрузке из-за возможного "эффекта рычага" для длинного бимса.

Для уменьшения свободного пролета допускается каменная насыпка под трубопровод для уменьшения вероятности зацепления.

Частичное проникновение: если максимальная высота пролета ниже критической, для трубопровода должен быть проведен расчет на статическую высоту подъема H _l.

Расчет высоты траловых распорных досок H _l, м, выполняют по формуле

,

(5)

где OD - общий внешний диаметр трубопровода, включая покрытие.

Расчет высоты груза для стабилизации H _l, м, выполняется по формуле

,

(6)

где L - ширина груза для стабилизации.

Заклинивание: если максимальная высота пролета больше критической высоты, для трубопровода должен быть проведен расчет на увеличение статической высоты подъема H _l, м:

,

(7)

где В - половина высоты траловой распорной доски.

Примечание - Для освобождения трала в случае зацепления трубопровод подвергается воздействию усилия ваера, если траловая оснастка не освобождается, например, при подъеме трубопровода, до достижения определенного уровня усилия.

Разрывное усилие для обычного ваера (диаметром 32 мм диаметр) примерно 400 кН. Для двойных и тройных ваеров (диаметром до 38 мм), используемых для самой тяжелой траловой оснастки, характерно разрывное усилие 800-1200 кН.

Максимальные усилия могут быть получены, если траулер размещен прямо над точкой зацепления траловой оснастки, при перетягивании ваера, пока не образуется прямая вертикальная линия, при креплении лебедки и использовании движения волн и/или движущей силы для увеличения прочности троса.

Сопротивление зацеплению должно быть рассчитано при статическом расчете с учетом использования максимальной высоты подъема как предписанного смещения.

Для расчета сопротивления при зацеплении необходимо применять соответствующие консервативные модели.

Оценка зацепления должна учитывать эффект от ограничений, включая каменную насыпь, точки врезки, подводные конструкции и иные типы препятствий.

Критерии приемки приведены в [2] (раздел 6).

Численный пример расчета приведен в [2] (приложение В).

Библиография

[1]	DNVGL-RP-F114	Взаимодействие трубы и грунта для подводных трубопроводов (Pipe-soil interaction for submarine pipelines)
[2]	DNVGL-RP-F111	Взаимодействие траловой оснастки и трубопроводов (Interference between trawl gear and pipelines)
[3]	DNVGL-RP-F110	Общая потеря устойчивости подводных трубопроводов - проектирование конструкций с учетом высокой температуры/высокого давления (Global buckling of submarine pipelines - structural design due to high temperature/high pressure)

Ключевые слова: нефтяная и газовая промышленность, системы подводной добычи, взаимодействие, траловая оснастка, трубопроводы.