8.2. Разведка дна и грунтов перед прокладкой трубопроводов

Прокладка и обеспечение устойчивости трубопроводов на морском дне требуют возможно лучших знаний морфологии дна и природы и по­ведения грунтов.

Детальная разведка всего маршрута укладки трубопровода должна осуществляться с охватом «коридора» шириной 500 - 600 м.

Первоначальный ориентировочный маршрут для укладки трубо­провода намечают, основываясь на батиметрических картах и общем зна­нии морфологии дна.

Возможную трассу уточняют точной батиметрической съемкой, дающей возможность получить детализированные карты с изобатами с интервалом Iм.

Разведка должна охватить участок шириной около 600 м с центром на теоретическом пути прокладки трубопровода.

Вообще необходимо выполнить следующее:

- центральный батиметрический профиль вдоль теоретического пути прокладки трубопровода;

• два боковых профиля шириной 100 - 150 м по обе стороны цен­трального профиля;

• два боковых профиля шириной 300 м по обе стороны централь­ного профиля:

• несколько поперечных профилей, чтобы вновь провести измере­ния и проверить полученную точность.

Для того чтобы достичь точности в 1 м на батиметрические подня­тия на глубине от 100 до 150 м, необходимо следующее:

• использование прецизионного эхолота;

• частая калибровка на месте (влияние течений, температуры и со­лености);

• синхронная запись крена, тангажа и качки судна;

• синхронная запись приливов и отливов.

Батиметрические данные следует дополнить точной морфологиче­ской съемкой, особенно в зонах значительной неровности дна. К тому же следует попытаться определить природу рельефа или обнаруженных пре­пятствий.

Обычно строятся два профиля до 120 м по обе стороны от теоретиче­ской трассы посредством бокового гидролокатора с эффективной дальностью 150 м, чтобы перекрыть площадь участка, обследованного эхолотом.

Наблюдения должны позволить:

- идентифицировать рельеф в пределах 0,5 - 1 м;

- выявить различия в литологической природе поверхностных грунтов (методом обратного рассеяния энергии).

376

Визуальное наблюдение с помощью телевизионной камеры, пере­мещаемой у дна или установленной на подводной лодке, с целью иденти­фикации природы некоторых отмеченных аномалий.

Этот тип непосредственного наблюдения ограничивается, однако, зонами значительных неровностей, обнаруженных вышеупомянутыми косвенными методами (эхолотом и боковым гидролокатором).

Поиск ферромагнитных препятствий (обломки судов, якоря, кабе­ли и т.д.), лежащих в грунте на небольшой глубине и имеющих размер менее 3 м, можно производить магнитометром с высокой разрешающей способностью одновременно с боковым гидролокатором.

Проблема устойчивости трубопровода зависит только от самых верхних слоев морского дна (несколько метров) и поэтому необходимо дать хорошее определение верхних пластов, хотя бы и за счет глубины исследования. Однако не нужно забывать, что знания подстилающих гео­логических структур повышает понимание геологами явлений, происхо­дящих на поверхности и, следовательно, улучшают интерпретацию.

Обычно добиваются следующего:

- проникновения на глубину 30 и более м; -разрешающей способности порядка 1 - 2 м.

Эти задачи можно решить различными приборами:

• спаркером с относительно низкой энергией излучения, обеспе­чивающим разрешающую способность около 2 м и проникновение на не­сколько десятков метров;

• бумером («Юнибумом») с разрешающей способностью около 1,5 - 2 м и проникающей способностью в несколько десятков метров;

• донными зондами с чрезвычайно высокой разрешающей способ­ностью (около 1 м), но с проникновением от нескольких метров (пески) до 20 - 30 м (мягкие грунты).

Например, записывают три профиля:

• центральный профиль;

• два боковых профиля, отстоящих на 300 м от центрального про­филя в обе стороны.

В табл. 8.1 сведены данные геофизической и визуальной разведки дна и грунтов, требуемых перед прокладкой трубопроводов. Заметим, что запись должна производиться синхронно без взаимного влияния:

• с одной стороны, эхолота и сейсмических приборов (централь­ный профиль и ± 300 м боковые профили);

• с другой стороны, эхолота, бокового гидролокатора и магнито­метра (± 120 м боковые профили).

Основная цель разведки поверхности грунтов перед прокладкой трубопроводов заключается:

• в идентификации породы, гранулометрического распределения зерен и т.д. грунтов;

• определении их ожижаемости и склонности к образованию раз­мывов, которые приведут к потере устойчивости.

377

Размер исследуемой зоны идентичен зоне геофизической разведки.

Требуемая глубина не превышает нескольких метров (от 3 до 5) и может зависеть от глубины, на которой собираются уложить трубопровод и которая обычно зависит от удаленности от берега.

Частота отбора кернов вдоль маршрута трубопровода зависит от геологических критериев, основанных на результатах сейсмической раз­ведки. Обычно принимают следующие значения:

• 1 керн на 1 км пути;

• или 1 керн на каждые 2 - 3 км пути в зонах, где сейсмические профили не выявили неровностей.

Применяемая техника зависит от природы поверхностных грунтов:

- гравитационные или керноотборники с неподвижным поршнем типа «Кулленберг» используются наиболее широко и позволяют углуб­ляться на 2-5 м и более в рыхлых отложениях (рыхлые пески и мягкие грунты); несмотря на разрушения, керны остаются достаточно представи­тельными для общих измерений (идентификации и оценки прочности грунтов на сдвиг);

• виброкерноотборники (электрические или электрогидравличе­ские) необходимы для плотных пород (плотные пески или консолидиро­ванные глины);

• погружные роторные керноотборники необходимы для разведки скалистого дна, где знание прочности грунта на сдвиг совершенно необ­ходимо, чтобы оценить возможности рытья траншеи и укладки труб.

Лабораторные идентификации и определение трения трубопровода о дно (трение пары бетон-грунт) и т.д. требуют отбора значительного ко­личества образцов нарушенных пород, например, драгой.

Геотехнические характеристики, требующиеся для расчета устой­чивости трубопроводов, обычно определяются в лаборатории на образцах, подвергшихся той или иной степени разрушения.

Однако, в случае песков, расчет несущей способности особенно зави­сит от плотности в массиве, которую невозможно измерить на образцах, так как они всегда имеют повреждения. В случае песков измерения на месте все­гда необходимы и всегда желательны при любой природе осадочных пород.

Из простых и быстрых методов можно использовать следующие:

• измеритель давления на устройстве типа «Кулленберг». Однако замечено, что корреляция между предельным давлением Р; и плотностью на месте не всегда очевидна, что исключает удовлетворительную оценку внутреннего угла трения;

• динамический пенетрометр, который также можно использовать на подобном устройстве, хотя работоспособной модели этого типа пока что нет;

• статический пенетрометр (устройство легкого типа).

В табл. 8.2 сведены данные геотехнической съемки, которая может производиться перед прокладкой трубопровода, что зависит от природы и консолидации поверхностных грунтов.

379

Определяют плотность ожиженного грунта и проверяют опасность всплывания трубопровода.

В песках ожижение может появиться в результате вибрации труб или циклических нагрузок (в результате воздействия волн). Можно, одна­ко, сделать допущение, что эта опасность существует только в очень рых­лых песках с гранулометрическим составом менее 0.3 - 0,4 мм и относи­тельно низкой проницаемостью.

Трубу, лежащую на грунте, тянут:

• или вдоль, чтобы измерить трение, возникающее при прокладке трубопровода около берега;

• или поперек, чтобы измерить сопротивление к боковому пере­мещению трубопровода на дне под действием всех элементоз.

На рис. 8.3 и 8.4 приведены результаты опытов по продольному и поперечному трению на известковом песке.

Рис 8,3. Продольное трение различных трубопроводов об известковый песок (результаты Французского института нефти).

Рис 8.4. Поперечное трение различных трубопроводов об известковый песок (результаты Французского института нефти)

381

Скорость эрозии осадочных отложений - одна из наиболее слож­ных характеристик разрушения поверхностного слоя. Эту скорость можно измерить в лаборатории, что дает по крайней мере одну значимую вели­чину, зависящую от природы поверхностных отложений.

Наблюдения и изучение на месте явления действительной эрозии дают весьма полезные результаты. В табл. 8.3 приведены эксперименты, которые необходимо произвести в лаборатории и на месте работ перед прокладкой трубопровода.

Таблица 8.3 Измерения на кернах и на месте, которые необходимо произвести перед прокладкой трубопровода

Характеристика измеряемых грунтов		Замечания
Идентификация грунтов	Природа Пределы АТ-Терберга (WL. WP) Распределение зерен по размеру	На глинистых грунтах
Водосодержание, W Плотность, у		Непосредственно на борту судна
Прочность на сдвиг	Неограниченное сжатие, Плоскостная Карманный пенетрометр, «Падающий конус»	Сразу же на борту судна
Прочность на сдвиг недренируемого об­разца
Ожижение (на базе опытов по идентификации: предел ожижаемости)		В лаборатории
Коэффициенты трения труб о грунт поперечный продольный
Предельное давление, Pi
Сопротивление внедрению наконечника,RpБоковое трение, f