Полимерные магистральные газопроводы, особенности их сооружения. Способы соединения труб деталей полимерных и композитных магистральных газопроводов.

Введение. К началу 60-х годов прошлого столетия в России были
сформированы теоретические основы возможности использования
пластмассовых трубопроводов в промысловых системах сбора и
транспортировки продукции нефтегазовых месторождений [1,2]. Этому в
значительной мере способствовали поиски материалов, альтернативных
металлическим трубопроводам, которые отличались низкой
эксплуатационной надежностью в нефтепромысловых коммуникациях из-за
наличия в транспортируемых средах сероводорода, двуокиси углерода и ряда
других коррозионно-активных компонентов.
Ведущими научными центрами страны в этой области деятельности
велись активные исследования, осуществлялись успешные внедрения
пластмассовых труб при добыче и транспортировке нефти и газа [3].
Основная мысль. Полимерные (пластиковые) - изготавливают из
полиэтилена, поливинилхлорида, полипропилена, стеклопластика и др. В
основном используются в системах водоснабжения, газоснабжения и
тепловых сетях. Вид полимера подбирается в зависимости от санитарных
требования (для питьевой воды) и условий эксплуатации.

Рисунок 1. Полимерные трубы

При достаточной жесткости, такие трубы гибкие и эластичные, что
позволяет компенсировать небольшие сдвиги грунта и тепловое расширение.
Полная инертность к транспортируемым средам и устойчивость ко всем
видам коррозии обеспечивают длительный срок службы. Для наземной
прокладки используют предизолированные трубы — устойчивые к
ультрафиолетовому излучению. [4]
Соединения труб из полимера следует предусматривать неразъемными.
Соединительные детали из полиэтилена изготавливаются по ТУ 6-19-359-
87\6. Применяются сварные соединения встык нагретым инструментом или
при помощи деталей с закладными электронагревателями (ЗН).
На рис. 2 показаны принципиальные схемы соединения
полиэтиленовых труб сваркой и фланцевое соединение.

Швы не должны иметь трещин, а также недопустимых в соответствии с
требованиями нормативных документов смещений кромок, несносности
труб.
Разъемными могут быть соединения полиэтиленовых труб со
стальными трубами, а также соединения в местах установки арматуры,
оборудования и контрольно-измерительных приборов.
Рисунок 2. Соединение полимерных труб

Разъемные соединения полиэтиленовых труб со стальными трубами в
грунте могут предусматриваться только при условии устройства футляра с
контрольной трубкой. [5]
Вывод: ознакомились с устройством газопроводов, материалами труб и
соединительных элементов при их сооружении.
Полимерные магистральные трубы — наиболее прогрессивный вид, по
мере развития химической промышленности, область применения постоянно
расширяется
Полимерные армированные трубопроводы могут использоваться для
транспортировки различного сырья: газонасыщенной или обводненной
нефти, систем закачки пластовых вод, солевых растворов и химических
реагентов. Они мобильны при монтаже, безопасны в эксплуатации и не
оказывают техногенного воздействия на вечномерзлые грунты Арктики
благодаря низкому коэффициенту теплопроводности материала. [6]
Полимерно-армированные трубопроводы обладают широким спектром
преимуществ. Их использование позволяет значительно сократить время
монтажа конструкции и, самое главное, вовлечь в добычу малодебитный,
нерентабельный фонд скважин и законсервированные разведочные
скважины. Ранее экономическая эффективность добычи на большинстве
разведочных скважин была недостижима из-за значительных затрат на
обустройство. [7]
При всех преимуществах альтернативного трубопроводного транспорта
его использование пока не регламентировано: в существующей нормативно-
технической базе отсутствуют требования к проектированию, строительству
и эксплуатации полимерно-армированных трубопроводов. В связи с этим
компания провела работу по подготовке специальных технических условий и
их согласованию в Министерстве строительства РФ. Заключение
Главгосэкспертизы России фактически перевело использование полимерных
трубопроводов в правовое поле. Над проектом работала кросс-
функциональная команда "Мессояханефтегаза" и "Газпром нефти".

Полимерные трубы диаметром 100-125 мм, по которым нефть из
Мессояхи будет идти от скважин к центральному пункту сбора, состоят из
четырех слоев. Внутренняя оболочка трубы изготовлена из высокопрочной
металлической ленты методом армирования, что повышает устойчивость
трубы к внешнему и внутреннему давлению. Следующий, противоизносный
слой минимизирует риск повреждения конструкции и обеспечивает дренаж
газа. Внешняя оболочка гибких труб изготовлена из полимерного материала
и гарантирует максимальную степень защиты от ультрафиолетового
излучения и механических повреждений. Для обеспечения нагрева трубы в ее
состав входит теплоизоляционный слой с нагревательными и сигнальными
проводниками. В целом, армированные полимерами трубопроводы
выдерживают температуру от минус 60 до плюс 60 градусов Цельсия и
давление от 40 до 180 атмосфер. [5, 6]
Повышение эффективности технических решений, применяемых при
обустройстве добывающих месторождений, является одной из ключевых
задач компании в современных условиях снижения качества запасов
углеводородов и размеров добывающих месторождений. Предложенное
решение и согласование его использования на постоянной основе со стороны
государственных органов является важным шагом на пути к этой цели.
Ценность решений по полимерной футеровке для подводного
применения остается практически неиспользованной из-за исторической
зависимости от менее экономичных и сложных в сварке соединителей для
соединения секций трубопровода с полимерной футеровкой вместе и
завершения трубопровода. Это привело к тому, что истинная экономическая
выгода от применения полимерной футеровки не была реализована. [7, 8]
Существует несколько недостатков, начиная от сложных процедур
сварки обхвата и заканчивая стоимостью и графиком закупки соединителей.
Поскольку процедуры сварки полимерных труб требуют дополнительных
рабочих мероприятий для обеспечения качества и соответствия строгим
спецификациям и критериям приемки, это часто может препятствовать

изготовлению и монтажу трубопровода в море. Кроме того, материалы
полимерных труб по своей природе являются дорогостоящими и требуют
длительных сроков поставки. Полностью полимерный соединитель позволяет
использовать традиционные процедуры сварки углеродистой стали, что
устраняет необходимость в сложной бюрократической процедуре и
значительно сокращает затраты и сроки.
Использование соединителей полимерных труб обычно приводит к
необходимости использования труб с наплавкой полимеров в качестве меры
корректировки длины трубопровода в местах укладки, что увеличивает
стоимость монтажа. Технология полимерных соединителей устраняет
необходимость в плакированных соединениях "срез-длина" и позволяет
подключать к трубопроводу морские конструкции и заделки во время
кампании по укладке трубопровода. [3, 4, 5]
Недавние исследования показали, что полимерные соединители не
влияют на гидравлические характеристики трубопровода, поскольку они
обеспечивают гладкое отверстие с минимальным ограничением
идентификатора трубопровода. В соединениях типа CRA ограничение
идентификатора может привести к увеличению затрат на перекачку,
возможности накопления остатков в трубопроводе, а также к запрету
скребковых операций. [5]

Соединитель (рис. 3) основан на надежной и проверенной концепции
электромуфтовой сварки, которая широко используется в коммунальном

Рисунок 3. Сечение коннектора LinerBridge.

секторе при прокладке подземных газо- и водопроводов. Путем обработки
профиля на концах труб с полимерной облицовкой соединитель
устанавливается в соответствии с разработанными допусками, что позволяет
соединить два конца трубы с помощью стандартных методов монтажа.
Специально разработанные изоляционные материалы облегчают сварку
обхвата из углеродистой стали, обеспечивая при этом предотвращение
повреждения полимерного материала в корпусе соединителя. [6]
Процесс электромуфтовой сварки позволяет соединить плотно
прилегающую полиэтиленовую (ПЭ) футеровочную трубу с корпусом
соединителя, образуя однородное уплотнение. При эксплуатации доступ
транспортируемой среды к внутренней поверхности основной трубы из
углеродистой стали запрещен, что обеспечивает сквозную защиту от
коррозии.
Программа технологической квалификации (TQP) компании Equinor
включала в себя два направления: во-первых, квалификацию моста
LinerBridge путем проведения серии имитационных испытаний на
наматывание и гидростатическое давление, а во-вторых, квалификацию
интегрированной полимерной системы футеровки Swagelining путем
ускоренных возрастных испытаний. Программа длилась около 15 месяцев в
условиях окончания срока службы, подвергая как соединитель LinerBridge,
так и плотно прилегающую футеровку Swagelining условиям монтажа и
эксплуатации, которые могут быть характерны для самых тяжелых проектов
трубопроводов для закачки воды. Строгий режим посмертного осмотра и
испытаний подтвердил целостность и пригодность интегрированной системы
футеровки, и было получено глобальное одобрение. [7, 8]

Рисунок 4. Вставка полимерного
лайнера Equinor Snorre.

На сегодняшний день выполнено десять врезок LinerBridge (рис. 4) для
завершения строительства трубопровода для закачки воды в первом пучке.
Для изготовления трубопровода для закачки воды в оставшиеся два пучка к
концу третьего квартала 2019 года будет выполнено еще двадцать врезок.

В рамках одного проекта соединительные элементы LinerBridge будут
установлены как часть интегрированной системы облицовки
трубопроводного пучка. В трех других проектах соединители будут
установлены методом укладки на катушку. Изготовление соединителей для
проекта Wintershall Nova в настоящее время ведется на катушечной базе
Vigra компании Subsea 7 в Норвегии. Этот трубопровод будет проложен в
Северном море в конце этого года (рис. 5). После квалификации с
операторами и DNV GL, технология постоянно внедряется в коммерческое
использование для морских и береговых намоточных соединений. Это
позволяет устанавливать ПЛЭТ (концевые заделки трубопроводов) и

Рисунок 5. Equinor Snorre LinerBridge tie-in.

фланцевые соединения в трубопровод без необходимости применения
сложных процедур сварки CRA и плакированных соединений "нарезка на
длину".

Недавно было завершено испытание гидростатическим давлением 12-
дюймовой испытательной колонны с соединителем LinerBridge (рис. 6). DNV
GL рассмотрела отчеты об испытаниях и количественно оценила
приемлемость результатов с учетом режимов отказов и соответствующих
критериев приемки, что было доказано в ходе квалификации в прошлом году.
Впоследствии была выпущена обновленная версия сертификата
технологической квалификации, заменяющая предыдущую версию - таким
образом, потолок давления был увеличен до 445 бар(г).
Рисунок 6. Соединитель LinerBridge
квалифицирован для установки
посредством укладки на катушку и
береговых соединений.

Рисунок 7. Изготовление испытательной струны

Это включает в себя всесторонний обзор ранее существовавших
квалификационных данных, анализ режимов отказов, последствий и
критичности конструкции (DFMECA), дальнейший DFMECA и обследование
производства. Процесс в основном сосредоточен на выявлении и устранении
всех видов отказов, связанных с поставкой материалов, изготовлением
компонентов, установкой, развертыванием и эксплуатацией трубопровода.
Следующий шаг в процессе квалификации был направлен на
предоставление доказательств пригодности для установки соединителей в
море в ориентации 6G (45°) и 2G (90°) (рис. 7). В настоящее время эта работа
завершена, и DNV GL присвоил ей квалификацию. Это огромный шаг
вперед, поскольку расширяются границы технологии, открывая новые рынки
для ее применения.
Участие в проекте на как можно более ранней стадии имеет большое
значение. На этапе разработки концепции мы можем помочь оценить ее
осуществимость и сравнить с альтернативными технологическими
концепциями. Во время разработки технологии мы можем помочь
обеспечить решение всех критических вопросов, чтобы не оказалось, что
ничего не было забыто, когда весь бюджет уже потрачен. Неопределенность
может быть устранена без нарушения инновационного процесса.
Процесс квалификации технологии помогает преодолеть
"неопределенность" и улучшить внедрение великих идей, поощряя доверие к
новой технологии. Немногие организации готовы первыми инвестировать
или использовать новую технологию, которая может иметь как значительные

отрицательные, так и положительные стороны - они хотят видеть
доказательства и послужной список. Зачастую на это требуется время. Мы
стремимся устранить их опасения по поводу использования новых решений с
помощью систематического, целенаправленного процесса, позволяющего
внедрить технологию и вывести ее на рынок.
На основе приведенной выше информации развития трубопроводных
транспортных коммуникаций можно сделать следующие выводы:
1. На каждом этапе открытия новых конструкционных материалов
разрабатывались методы изготовления на их основе все более совершенных
труб для широкого внедрения в производство.
2. Внедрение полимерных труб и трубопроводов явилось одним из
определяющих факторов в ускорении развития научно-технического
прогресса, особенно в таких областях, как нефтяная и газовая
промышленность, энергетика, коммунальное хозяйство и ряд других
промышленных отраслей экономики.
3. Развитие трубных конструкций трубопроводных систем, как
правило, идет по пути расширения функциональных возможностей,
увеличения прочности и долговечности в процессе их эксплуатации.
Заключение и выводы. Магистральные трубопроводы — это
сооружения, которые осуществляют транспортировку нефти,
нефтепродуктов, воды, газов и прочих веществ с производства или места
добычи к конечной точке применения. К магистральным трубопроводам
относятся основные трубы и их ответвления. Подобные сооружения имеют
классификацию и делятся, согласно ей, на множество типов.
Перевозка нефтепродуктов водным и железнодорожным транспортом
на дальние расстояния сопряжена с определенным риском и большими
затратами. Магистральные трубопроводы упрощают транспортировку сырья
из регионов, где его добывают, до мест конечного потребления.
Трубопроводный транспорт:

 обеспечивают дальность перекачки, почти бесперебойную работу во
время всей эксплуатации;
 работает в разных климатических условиях – может быть проложен
через любые регионы.
Возведение трубопроводов из года в год подвергается механизации
строительно-монтажных работ. Это упрощает процесс строительства,
снижает стоимость транспортировки сырья.
Полимерные элементы намного уступают по качественным
показателям. Они легче и более хрупкие, что не позволяет монтировать их
при наличии верхней нагрузки.
По форме сечений трубопроводы могут быть круглыми, овальными,
квадратными, прямоугольными. Но, несмотря на это разнообразие сечений,
чаще всего применяют геометрические и технические элементы.
Геометрические обладают такими характеристиками:
 внешний диаметр;
 толщина стенок;
 длина.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бухин, В. Е. Современные полимерные материалы для
внутренних трубопроводов систем холодного и горячего водоснабжения и
отопления / Трубопроводы и экология. — 2020. — № 4. – 45 с.
2. Каргин В.Ю., Бухин В.Е., Вольнов Ю.Н. Полиэтиленовые
газовые сети. Материалы для проектирования и строительства. — Саратов:
Приволжское кн. изд-во, 2020. — 400 с.
3. Лосев Б.И. Использование пластических масс и синтетических
материалов в нефтегазовой промышленности. — М.: Недра, 2020. — 136 с.
4. Миронов В.Я., Пермяков Н.Г., Зайцева Т.А. и др. Применение
стеклопластиковых труб на нефтяных промыслах
Башкирии//Нефтепромысловое дело. -2020. - № 10. - С. 16-21.
5. Производство полимерных труб и фитингов труб // Каталог
изделий завода «Икапласт». URL: http://icaplast.ru/ru/catalog/ katalogi (дата
обращения: 2022).
6. Трубы и детали трубопроводов из полимерных материалов / В. С.
Ромейко [и др.]. — М.: Изд-во ВПИИМП, 2020. – 130 с.
7. Фаттахов М.М. Из истории использования пластмассовых труб в
нефтегазопромысловых трубопроводных системах России // История науки и
техники. — 2020. — № 6, спец. выпуск № 3. — С. 96-99.
8. Фаттахов М.М. Развитие научных исследований в области
создания и внедрения труб из пластмассовых материалов для систем
нефтегазосбора нефтяных месторождений Башкортостана в 60-е-70-е годы
ХХ века. // История науки и техники. — 2020. — № 6, спец. выпуск № 3. —
С. 92-95.