DE2024850B2

DE2024850B2 - Verfahren und vorrichtung zum einbetten einer rohrleitung in einen gewaessergrund

Info

Publication number: DE2024850B2
Application number: DE19702024850
Authority: DE
Inventors: Pieter Jan de Rijswijk Geeter (Niederlande) F161 19 02
Original assignee: Shell Internationale Research Maat schappij N V , Den Haag (Niederlande)
Priority date: 1969-05-23
Filing date: 1970-05-21
Publication date: 1973-07-26
Also published as: FR2049117A1; JPS561410B1; GB1219879A; FR2049117B1; US3659425A; DE2024850A1; DE2024850C3

Description

1 -

\/C- E-I-Z

mit

E = Elastizitätsmodul der Rohrleitung
in kg/cm²,

/ — lineares Trägheitsmoment der Rohrleitung (Flächenträgheitsmoment) in cm⁴,

Z — die vom tiefsten Punkt auf der Unterseite der Rohrleitung gemessene gewünschte Einbettungstiefe in cm,

q — das Nettogewicht der Rohrleitung einschließlich der Spritzeinrichtung gegenüber dem fluidisierten Gewässergrund je Längeneinheit der Rohrleitung in kg/cm,

C = eine dimensionslo.se Konstante, deren
Wert etwa 60 beträgt.

2. Vorrichtung zum Einbetten einer Rohrleitung in einen Gewässergrund zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in Form eines über die Rohrleitung bewegbaren Spritzrahmens zum Einspritzen von Flud neben und unter die Rohrleitung in den Gewässergrund, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzrahmen als Fluidisierungsvorrichtung zum Fluidisieren des Gewässergrunds ausgebildet ist, deren Gewicht auf das der Teillänge so abgestimmt ist, daß das örtliche spezifische Gewicht von Rohrleitung und Fluidisierungseinrichtung größer als das des fluidisierten Gewässerbodenbereichs ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere aneinandergekoppelte Fluidisierungseinrichtungen vorgesehen sind.

Furche erzeugt, in die die Rohrleitung eingelegt wird. Anschließend läßt man sich auf natürliche Weise den Graben wieder fällen. Bei den neueren Verfahren wird der Graben oder die Furche nicht mehr mechanisch, sondern durch Ausspülen des Erdreichs entlang der Furche aus dem Gewässergrund mittels Druckwasserstrahlen oder Druckwasser-Luft-Strahlen erzeugt. Die Bildung des Grabens kann teilweise oder ganz durch das hydraulische Ausspulen erfolgen. Gerade dann, wenn die Rohrleitung bereits auf dem Gewässergrund verlegt ist, sind ziemlich komplizierte und kostspielige Verfahren und Vorrichtungen erforderlich, um die Furche derart herzustellen, daß sie während der Zeit, die die Rohrleitung braucht, um sich in diese abzusenken oder sich absenken zu lassen, offenzuhalten. Auf diese Weise lassen sich Rohrleitungen nur bei verhältnismäßig festem Gewässergrund einbetten. Das Einbettungsverfahren läßt sich, wie festgestellt wurde, jedoch beispielsweise nicht in der Nordsee verwirklichen. Ein Graben ließe sich über die notwendige Teillänge nur mit unveiJialtnismäßig hohem Aufwand so lange freihalten, bis die Rohrleitung auf dessen Grund abgesenkt werden konnte. Man hat

as daher versucht, unmittelbar nach dem Erzeugen des Grabens 'nittels von einem Schiff oder anderem Fahrzeug gezogenen Spritzvorrichtungen die Rohrleitung in den Graben zu legen, um den offengehaltenen Graben möglichst klein zu halten, doch macht dies eine starke Umlenkung der Rohrleitung an der Einbettungsstelle erforderlich, die diese sehr stark beanspruchen. Auf diese Weise lassen sich vergleichsweise starre Rohre nicht einbetten. Ein gemeinsames Kennzeichen der bekannten Verfahren ist es schließlieh, daß der zur Erzeugung der Druckwasserstrahlen erforderliche Energieaufwand nicht unbeträchtlich ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbetten einer Rohrleitung in einen Gewässergrund anzugeben, bei dem es nicht erforderlich ist, vor dem Einbetten des Rohres zunächst einen Graben zu erzeugen und bis zum Absenken der Rohrleitung aufrechtzuerhalten, und eine einfachere Einbettungsvorrichtung anzugeben, die die Durchführung des Einbettungsverfahrens mit erniedrigtem Aufwand ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren vorgeschlagen, daß bei einem

So nicht zusammenhängenden Gewässergrund wie Sand, Ton oder Lehm das Flud mit solcher Geschwindigkeit und Menge in den Gewässergrund entlang der Teillänge eingespritzt wird, daß er fluidisiert wird und sich die Rohrleitung im fluidisierten Bereich bis auf die gewünschte Tiefe absenkt, wobei die Mindest-Teillänge errechnet wird aus der Gleichung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbetten einer Rohrleitung in einen Gewässergrund, wobei fortschreitend entlang einer Teillänge der Rohrleitung ein Flud, z. B. Wasser, neben und unter diese in den Gewässergrund mit Hilfe einer über die Rohrleitung bewegten Spritzvorrichtung eingeleitet wird.

Bei den bis jetzt gebräuchlichen Verfahren zum hydraulischen Einbetten einer Rohrleitung in einen Gewässergrund wird zunächst ein Graben oder eine ¹C- E-J-Z

mit

E —

Z =

Elastizitätsmodul der Rohrleitung in kg/mm^s, lineares Trägheitsmoment der Rohrleitung
(Flächenträgheitsmoment) in cm⁴,
die vom tiefsten Punkt auf der Unterseite de Rohrleitung gemessene gewünschte Einbel tungstiefe in cm,

q = das Nettogewicht der Rohrleitung einschließlich der Spritzeinrichtung gegenüber dem fluidisierten Gewässergrund je Längeneinheit der Rohrleitung in kg/cm,

C — eine dimensionslose Konstante, deren Wert etwa 60 beträgt.

Im Gegensatz zu dem Vorgehen bei den bekannten Verfahren entlang der fortschreitenden Teillänge der Rohs leitung wird also gemäß der Erfindung der Grwässergrund fluidisiert, d. h. in einen Fließbettzustand versetzt, so daß die Dichte des Gewässergrunds iru Beieich der Teillänge erniedrigt ist und der körperliche Zusammenhalt der den Gewässergrund bildenden Feststoffteilchen aufgehoben ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient eine Vorrichtung in Form eines über die Rohrleitung bewegbaren Spritirahmens zum Einspritzen von Flud neben und unter die Rohrleitung in den Gewässergrund, die gemäß der Erfindung dadurch charakterisiert ist, daß der Spritzrahmen als Muidisicrungsvorrichtung zum Fluidisieren des Gewassergrunds ausgebildet ist, deren Gewicht auf das der Teillänge so abgestimmt ist, daß das örtliche spezifische Gewicht von Rohrleitung und Fluidisierungseinrichtung größer als das des fluidisierten Gewässerbodenbereichs ist. Zum Einbetten schwerer und weniger flexibler Rohrleitungen ist es zweckmäßig, daß mehrere aneinandergekoppelw Fluidisierungseinrichtungen vorgesehen sind, da dann die Mindestteillänge wegen des erhöhten linearen Trägheitsmoments der Rohrleitung größer ist. Außerdem lassen sich mehrere, nicht zu große Fluidisierungseinrichtungen einfacher handhaben.

Fs hat sich gezeigt, daß nur ein überraschend niedriger Energiebedarf und eine verhältnismäßig einfache Einbettungsvorrichtung zum Einspritzen des Fluds in den Gewässergrund erforderlich sind. Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Einbetten von Rohrleitung - in sandigen Meeresboden erstmals, weil aus dem Gew ässergründ im Bereich eines Liiibettungsgrabens k»m Erdreich zunächst zu entfernen ist. Da lediglich eine Fluidisierung in diesem Bereich erfolgt, unterbleibt eine wesentliche Verlagerung des Erdreichs im Bereich der Rohrleitung. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß auch kein unbeabsichtigtes Zuschütten oder Wiederauffüllen eines Rohrleitungsgrabens eintreten kann.

Der Meeresgrund der Nordsee hat beispielsweise eine mittlere Teilchengröße von 0,035 cm. Hierbei ist eine Aufströmgeschwindigkeit des eingespritzten Wassers von etwa 0,7 cm see erforderlich, um den erwünschten Fließbettzustand zu erzeugen. Die beim Ausspülen eines Grabens bisher angewendeten Strömungsgeschwindigkeiten lagen um ein Mehrfaches über diesem Wert, was den erhöhten Energiebedarf verursacht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht schließlich nicht nur eine einfachere und billigere Arbeitsweise, sondern vor allem auch eine schnellere. Es eignet sich in allen Gewässergründen von Flüssen, Seen oder Meeren mit einem keinen wesentlichen Zusammenhalt aufweisenden Erdreich.

Die Erfindung ist im folgenden an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, in der zeigt
; ,;Fi g. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfhidungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 in größerem Maßstab eine der Fluidisierungseinrichtungen der Einbettungsvorrichtung nach F i g. 1 und

F i g. 3 im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt längs der Linie HI-III in F i g. 2.

Der Grund 1 eines Gewässers 5 besteht beispielsweise aus Sand oder Ton bzw. Lehm. Die Oberfläche 2 des Gewässerbodens 1 befindet sich mit erheblichem Abstand unterhalb der Oberfläche 3 des

ίο Gewässers 5.

Auf einer einzubettenden Rohrleitung 13, die bereits auf dem Gewässergrund 1 liegt, sind mehrere als Fluidisierungseinrichtung 4 ausgebildete Spritzrahmen vorgesehen, deren Aufbau aus F i g. 2 und 3 ersichtlich ist. Gemäß F i g. 3 hat der Querschnitt der Fluidisierungseinrichtungen 4 annähernd die Form des großen griechischen Omega. Die Fluidisierungseinrichtung umfaßt mehrere sich in der Längsrichtung der Rohrleitung erstreckende par-

ao allele Metallrohre 15, 16 und 17, die durch weitere Metallrohre 18 und 19 miteinander verbunden sind. Zwischen den Rohren 16 und 17 sind Rollen 20 angeordnet, während zwischen den Rohren 15 und 16 Rollen 21 und zwischen den Rohren 18 waagerrchte

as Rollen 22 als Stütz- und Führungsrollen vorgesehen sind. Zusätzliche Rollen können vorgesehen sein. In F i g. 3 erkennt man eine für Glycol bestimmte Rohrleitung 26, die sich parallel zur einzubettenden Rohrleitung 13 erstreckt, jedoch für die Erfindung ohne Bedeutung ist und daher auch fortgelassen werden kann.

Die untersten Längsrohre 17 sind gemäß F i g. 3 mit einer großen Zahl von Düsen 23 und 24 versehen, die nach innen und/oder unten gerichtet sind.

Gegebenenfalls können auch ^ ach oben gerichtete Düsen vorhanden sein. Die Längsrohre 15 sind mit einem Einlaß 25 für ein Flud versehen. Sämtliche Metallrohre 15 bi:> 19 sind unu'einander so verbunden, daß das zugeführte Flud von dem Einlaß 25 aus d'ueh die Rohre zu den Düsen 23 und 24 strömen '.ann.

Normalerweise sind auch die Metallrohre 18 und 19 mit nicht dargestellten Düsen ausgerüstet, die so gerichtet sind, daß sie den Boden vor den Fluidisierungseinrichtungen fluidisieren, damit eine möglichst kleine Zugkraft ausreicht, um sie waagerecht zu bewegen.

Gemäß F i g. 2 und 3 kann ;nan die Fluidisierungseinrichtung 4 von oben hei so auf die Rohrleitung 13 absenken, daß sie sie in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise umschließt. Die Rollen 20, 21 und 22 ermöglichen es, die Fluidisierungseinrichtungen 4 längs der Rohrleitung 13 zu bewegen.

Gemäß F i g. 1 ordnet man auf der Rohrleitung 13 eine größere Zahl von Fluidisierungseinrichtungen 4, z. B. elf, an. Sie werden z. B. mittels einer langen Kette oder eines Seils 11 oder mit Hilfe von einzelnen Ketten oder Seilen 11, die jeweils zwei benachbarte Einheiten 4 miteinander verbinden, miteinander verbünden. An der vordersten Einheit 4 ist ein Seil oder eine Kette 14 befestigt, die mit einem nicht dargestellten Schleppschiff oder einer beliebigen anderen Zugvorrichtung verbunden ist, bei der es sich z. B. um eine an Land oder auf dem Meeresboden angeordnete Winde handelt.

Ferner ist ein Kahn bzw. Schiff 7 vorgesehen, der bzw. das mehrere Pumpen 8 trägt und auf dem Gewässer 5 schwimmt. An die Pumpen sind Saugleitun-

5 6

gen 12 und Druckleitungen 9 angeschlossen. Die Gemäß F i g. 1 wird der aus den Fluidisierungs-

Druckleitungen 9 sind über Ventile 10 mit Vorzugs- einrichtungen 4 gebildete Zug mit Hilfe eines

weise durch Schläuche gebildeten Leitungen 6 ver- Schleppboots und des Seils 14 auf der Rohrleitung

bunden. Die anderen Enden der Leitungen oder 13 entlanggezogen. Natürlich würde es auch möglich

Schläuche 6 sind jeweils an einen Fludeinlaß 25 5 sein, an Stelle eines Schleppboots einen mit Winden

der zugehörigen Fluidisierungseinrichtung 4 ange- ausgerüsteten Kahn zu benutzen. Ferner könnte eine

schlossen. Art von Lokomotive (nicht dargestellt) auf der

Die beschriebene Vorrichtung wird in der nach- Rohrleitung 13 gelagert werden, die den Zug längs stehend erläuterten Weise benutzt. Es sei angenom- der Rohrleitung zieht. Dabei kann es sich um eine men, daß eine Rohrleitung 13 auf der Oberfläche 2 io elektrische Lokomotive handeln, die von einem eines Meeresbodens 1 liegt. Dann zieht ein nicht dar- Schiff über ein elektrisches Stromzuführungskabel gestelltes Schleppboot mit Hilfe des Seils 14 die mit Strom versorgt und gesteuert wird. Als das er-Fluidisierungseinrichtungen 4 längs der Rohrleitung wähnte Flud wird vorzugsweise Wasser verwendet. 13. Während dieser Bewegung wird ein Flud, vor- Jedoch ist es gegebenenfalls auch möglich, mit einem zugsweise Wasser, durch die Pumpen 8 kontinuier- 15 Luft- und Wasser-Gemisch zu arbeiten,
lieh über die Schläuche 6 zu den Fluidisierungs- Gegebenenfalls kann man ein Sonargerät, d. h. einrichtungen gefördert. Infolgedessen strömt stan- eine Unterwasser-Schailmeßeinrichtung, benutzen, dig Wasser aus den Düsen 23 und 24 aus. Dieses um während des Einbettens der Rohrleitung die Wasser bewirkt, daß der Gewässergrund im Bereich Höhenlage jeder Fluidisierungseinrichtung gegender Fluidisierungseinrichtungen 4 fluidisiert wird, ao über der Rohrleitung auch dann zu ermitteln, wenn wodurch das Grundmaterial nahe der Rohrleitung eine Fluidisierungseinrichtung vollständig in den 13, d. h. unter ihr und auf ihren beiden Seiten, die Meeresboden eingesunken ist. Das Verwenden eines Eigenschaften einer Flüssigkeit annimmt, so daß die solchen Sonargeräts macht es auch möglich, das AusRohrleitung 13 unter der Wirkung ihres Eigen- maß der Fluidisierung unter jeder einzelnen Fluidigewichts in den Grund einsinkt, bis sie die ge- 23 sierungseinrichtung in Abhängigkeit von den durch wünschte Einbettungstiefe erreicht hat. das Sonargerät übermittelten Informationen zu

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist regeln. Mit anderen Worten, wenn das Sonargerät

es möglich, die Rohrleitung 13 zu veranlassen, bis anzeigt, daß eine oder mehrere Fluidisierungseinrich-

zur gewünschten Tiefe in den Meeresboden 1 ein- tungen noch nicht genügend tief in den Meeresboden

zusinken, indem man die Fluidisierungseinrichtun- 30 eingesunken sind, kann man eine zusätzliche Menge

gen 4 nur einmal längs der Rohrleitung bewegt. Die des Fluds den betreffenden Fluidisierungseinrichtun-

Rohrleitung kann also in einem einzigen Durchgang gen zuführen, bis diese die gewünschte Tiefenlage

mit der gewünschten Tiefe in den Meeresboden 1 erreicht haben,

eingebettet werden. Die Fluidisierungseinrichtung kann aus einer ein-

Um die geforderte Einbettungstiefe (vom tiefsten 35 zigen Einheit bestehen, die die erforderliche Mindest-Punkt auf der Unterseite der Rohrleitung aus ge- länge hat, welche sich in der angegebenen Weise ermessen) bei einem einzigen Durchgang zu erreichen, rechnen läßt. Statt dessen kann man in der beschrieohne daß eine Überbeanspruchung der Rohrleitung benen Weise einen Zug benutzen, der sich aus mit-13 eintritt, ist es jedoch erforderlich, das Boden- einander verbundenen Fluidisierungseinrichtungen material über einen ausreichenden Teil der Länge 40 zusammensetzt und dessen Gesamtlänge ebenfalls der Rohrleitung zu fluidisieren. Die erforderliche durch die oben angegebene Formel bestimmt ist.
Mindestlänge ergibt sich aus der weiter oben an- Die Fluidisierungseinrichtung soll ein solches Gegegebenen Formel. wicht haben, daß ihr Gewicht je Längeneinheit aus-

Die erforderliche Mindestlänge der Fluidisierungs- reicht, um das örtliche spezifische Gewicht der Rohreinrichtung oder der mehreren pneinandergekoppel- 45 leitung zusammen mit demjenigen der Fluidisierungsten Fluidisierungseinrichtungen ergibt sich aus der vorrichtung auf einen Wert zu bringen, der gewähr-Formel, wenn man den Wert der Konstanten C mit leistet, daß die Rohrleitung in den fluidisierten Ge-20 ansetzt. wässerboden einsinkt.

Jede Fluidisierungseinrichtung 4 hat eine eigene Bei dem beschriebenen Verfahren wird zuerst die

Fludzuführungsvorrichtung, damit das Ausmaß der 50 Rohrleitung auf dem Boden des Gewässers verlegt

Fluidisierung an jeder Einrichtung geregelt werden und danach die Fluidisierungseinrichtung längs der

kann. Dazu hat gemäß F i g. 1 jede Einrichtung 4 Rohrleitung bewegt, ran sie in den Boden einzubetten,

auch einen eigenen Schlauch 6. Natürlich ist es an Statt dessen ist es auch möglich, die Fluidisierungs-

Stelle der gezeigten Anordnung auch möglich, nur einrichtung während des Verlegene der Rohrleitung

eine einzige Leitung bzw. einen Schlauch vorzusehen, 55 längs der Rohrleitung zu bewegen, so daß die Rohr-

über den das Flud allen Fluidisierungseinrichtungen 4 leitung unmittelbar während des Verlegungsvorgangs

zugeführt wird. In diesem Fall benötigt man eine in den Meeresboden eingebettet wird.

Anordnung von Ventilen (nicht dargestellt), damit Um ein seitliches Abkippen der Fluidisierungs-

jede der Einheiten 4 unabhängig gesteuert werden einrichtungen unmöglich zu machen, müssen sie alle

kann. δο so bemessen sein, daß bei ihrem normalen Gebrauch,

In F i g. 1 ist ein Kahn 7 dargestellt, der die Pum- d. h. wenn sie die in F i g. 3 gezeigte Lage eiimehpen 7 trägt. Im Gegensatz hierzu ist es möglich, auf men, ihr Schwerpunkt jeweils unterhalb der Mittel-

jeder der Fluidisienmgsernrichtungen 4 eine nicht achse der Rohrleitung liegt

dargestellte Pumpe vorzusehen, ie Wasser aus der Es sei bemerkt, daß man ein ähnliches Fluidisie-

Umgebung der Rohrleitung 13 ansaugen und es über 65 längsverfahren auf vorteilhafte Weise anwenden

den Einlaß 25 zu den Düsen 23 und 24 fördern kann, um eine eingebettete Rohrleitung oder einen

könnte. Darm konnte man die beschriebenen Pum- Teil einer solchen Leitung aus einem Gewässergrund

pen 8 und die Schläuche 6 fortlassen. wieder auszuheben, wenn die Rohrleitung z. B. über-

prüft oder instand gesetzt werden soll. Zu diesem Zweck ordnet man eine Fluidisierungsemrichtung auf dem Boden des Gewässergrunds über der eingebetteten Rohrleitung an, worauf man ein Flud mittels der Fluidisierungseinrichtungen dem Grund zuleitet, welcher sich unter der Fluidisierungsemrichtung befindet. Hierdurch wird das Bodenmaterial fluidisiert, und die Fluidisierungsemrichtung kann in dem fluidisierten Material absinken, bis sie die Rohrleitung erreicht und sich auf ihr abgestützt hat. Dann wird die Fluidisierungsemrichtung langsam längs der Rohrleitung bewegt, während ihr ständig Druckflud zugeführt wird, so daß das Bodenmaterial über und neben der Rohrleitung fluidisiert wird. Die Fluidisierungsemrichtung ist für das Rohrleitungsheben an ihrem oberen Teil mit zusätzlichen Düsen ausgerüstet. Ferner hat sie dann eine Einspannvorrich-

rung und einen Auftrieb erzeugenden Behälter, damit die Rohrleitung erfaßt und durch Erzeugen eines positiven Auftriebs gehoben werden kann. Die Rohrleitung und/oder die sie haltende Fluidisierungseinrichtung wird mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt, so daß sowohl die Rohrleitung als auch die Fluidisierungsemrichtung in Beziehung zu ihrer Umgebung einen positiven Auftrieb erhalten. Dies hat zur Folge, daß sich die Rohrleitung durch den fluidisierten Teil des Bodenmaterials hindurch nach oben bewegt und dann leicht untersucht und/oder instand gesetzt werden kann.

Gegebenenfalls kann man das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch benutzen, um sehr schwere elektrische Stromversorgungskabel einzubetten, die ähnliche mechanische Eigenschaften haben wie die beschriebenen Rohrleitungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einbetten einer Rohrleitung in einen Gewässergrund, bei dem fortschreitend entlang einer Teillänge der Rohrleitung ein Flud, z. B. Wasser, neben und unter diese in den Gewässergrund mit Hilfe einer über die Rohrleitung bewegten Spritzvorrichtung eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem nicht zusammenhängenden Gewässergrund wie Sand, Ton oder Lehm das Flud mit solcher Geschwindigkeit und Menge in den Gewässergrund entlang der Teillänge eingespritzt wird, daß er fluidisiert wird und sich die Rohrleitung im fluidisierten Bereich bis auf die gewünschte Tiefe absenkt, wobei die Mindest-TeiHänge (i) errechnet wird aus der Gleichung