CC BY
40
УДК 629.584, 629.585_
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОДВОДНОГО ОСВОЕНИЯ МОРСКИХ _МЕСТОРОЖДЕНИЙ_
DOI: 10.31618^^2413-9335.2019.2.65.263
Бобов Д.Г.
инженер-конструктор Гусейнов Ч.С.
д.т.н., профессор
Российский государственный университет нефти и газа (НИУ)
имени И.М. Губкина
АННОТАЦИЯ
В работе представлен обзор технологий, которые могут помочь в подводном освоении морских нефтегазовых месторождений. Проведен анализ конструкций подводных буровых установок для отбора керна, концепций и патентов подводных буровых установок для комплексного освоения месторождений нефти и газа, проекта подводной энергетической установки, подводных роботизированных аппаратов, подводных нефтеналивных резервуаров и танкеров.
Ключевые слова: подводный буровой аппарат, подводное освоение месторождений, подводные технологии, подводная буровая установка, обзор подводных технологий.
Введение
В последнее время большое внимание уделяется подводному освоению арктических месторождений, как наиболее перспективному и жизнеспособному варианту освоения
колоссальных запасов углеводородов. Подводные технологии связывают с разработкой совершенно новых гражданских подводных аппаратов. Большинство ученых и кораблестроителей сходятся во мнении о необходимости и одновременно новаторстве подобного способа освоения. Даже поверхностный анализ ситуации говорит о необходимости разработать невероятное количество совершенно новых технических решений. Перед авторами исследования была поставлена задача провести анализ уже существующих методов работы под водой.
Результаты поставленной задачи помогут показать нынешний уровень развития подводных технологий. Определить перечень основных проблем, по которым эти методы так и не получили широкой огласки и популярности.
В работе подводные технологии разделены на 6 групп
1Подводные буровые установки для отбора керна;
2Концепции и патенты подводных буровых аппаратов;
3Подводные энергетические установки;
4Подводные нефтяные резервуары;
5Подводные нефтеналивные танкеры;
6Подводные роботизированные аппараты.
Представленные категории являются основными, но не конечными. По мере нахождения или открытия новых методов работы под водой, следует проводить их обновление и структурирование.
Методы и материалы исследования
Ввиду отсутствия реализованных решений и проработанных проектов, в исследовании используется теоретический метод исследования, основанный на сравнительном, логическом и статическом анализе схожих по назначению и
принципу работы устройств. Теоретический метод исследования позволил сформулировать несколько концептуальных решений. Определение общих размеров устройств и элементов наиболее подходящей концепции было проведено эмпирическим методом исследования. Благодаря выбранному подходу было получено достаточно проработанное решение выявленной проблемы.
Подводные буровые установки для отбора керна
В 2014 году компания Fugro (США) представила проект Seafloor Drill (SFD) [1]. Установка способна работать на глубине до 4000 м и бурить скважины на глубину до 150 м. Управление осуществляется удаленно, а для наблюдения используются аппараты ROV.
В 2015 году в Южно-китайском море Китайская Академия Наук (Chinese Academy of Sciences) провела натурные тесты подводного глубоководного бурового аппарата Sea Bull (Морской бык) [2]. Аппарат способен работать на глубине до 3000 м, бурить скважины глубиной в 60 м.
В 2011 году компания Helix Canyon Offshore [3] представила буровую установку ROVDrill MK.2, способную забуриваться в грунт при глубине моря в 2500 м на глубину до 96 м.
Британская Геологическая разведка (British Geological Survey) [4] разработала в 1982 году первый подводный аппарат Rockdrill (RD1), способный вести работы с глубины в 2000 м. Аппарат был способен внедряться на 5 метров в грунт. RD1 позволил получить около 1500 образцов грунта. Следующее поколение RD2 (2005 г.) погружался в грунт на 15 м. Получалось 10 образцов по 1,5 м длиной.
Компания Benthic Geotech в 1998 году представила первое поколение подводной буровой установки PROD1, а в 2009 представила сразу второе и третье поколение PROD2 и PROD3. Аппараты последнего поколения способны работать на глубине до 3000 м [5].
Канадская Cellura разработала в 2014 установку CRD100, которая способна производить
Подводные буровые аппараты
АО «ЦКБ «Лазурит» в 1999 году запатентовал технологический комплекс добычи.
Конструкторское бюро для ПАО «Газпром» представило проект подводного бурового судна
Летом 2008 года компания Seabed Rig AS (Норвегия) анонсировала проект полностью автономной подводной буровой установки - Seabed Rig [10]. Проект оценивался в 49,5 млн. крон или 373 млн. рублей (курс по состоянию на апрель 2019).
Подводная буровая установка - это модульный, полностью автоматизированный и
м и бурить скважины диаметром 450 мм. CRD100 работает на глубине до 3000 м, способна пробурить
погружного типа предназначен для обеспечения круглогодичного режима ведения буровых работ при освоении месторождений нефти и газа на глубоководном шельфе независимо от климатических условий и ледовой обстановки на
роботизированный агрегат. Его управление осуществляется удалённо с использованием компьютеризированного 3Б-интерфейса,
установленного на судне или берегу. Электрическая энергия и команды управления подаются по гибкому шлангокабелю, который также используется для циркуляции бурового
отбор керна, устанавливать датчики на глубину 20 скважину глубиной 65-120 м.
Рис. 1.1. Общий вид установки MAR UM-MeBo 70
Рис. 1.2. Общий вид установки Seafloor Drill (SFD)
Рис. 1.3. Общий вид установки ROVDrill MK.2
Рис. 1.4. Общий вид установки Rockdrill 2 (RD2)
Рис. 1.5. Общий вид установки PROD2
Рис. 1.6. Общи вид установки CRD100
«Аквабур» [6]. Подводный буровой комплекс поверхности моря.
Рис. 1.7. Общий вид подводного бурового комплекса «Аквабур» 1 - шельф; 2 - спасательная капсула; 3 - рубка; 4 - направляющие; 5 - подводные трубопроводы и силовые кабели; 6 - контейнеры с расходными материалами; 7 - энергетическая установка; _8 - скважины; 9 - опорная плита._
Рис. 1.8. Общий вид установки Seabed Rig
раствора и цемента. Шлангокабель имеет в своем составе отдельные линии для каждой среды.
В 2015 году стало известно об отечественном проекте «Айсберг». Основным куратором проекта выступает ЦКБ «Рубин», в партнерстве с ОКБМ «Африкантов», Политехническим университетом
Петра Великого, Курчатовским институтом и Институтом проблем нефти и газа РАН.
Подводный комплекс полностью обеспечивает подводное (подледное) освоение месторождений углебоводородов в зоне круглогодичного ледового покрова.
Рис. 1.9. Общий вид проекта «Айсберг»
Рис. 1.10. Общий вид подводной лодки _сейсморазведки_
Подводные энергетические установки
В 2016 году ЦКБ МТ «Рубин» представил проект подводного энергетического модуля с ядерной установкой. По проекту установка обладает следующими характеристиками: •ресурс установки - 200 тыс. часов;
•мощность - 24 МВт;
•период автономной работы без присутствия человека - 8000 час.
Указанный проект является частью большого аванпроекта «Айсберг» подводного освоения углеводородных месторождений Арктики.
Подводные нефтяные резервуары
Существуют эластичные, стальные и железобетонные подводные нефтяные резервуары.
В Персидском заливе в 1969 годы компания ConocoPhillips ввела в эксплуатацию нефтехранилище Khazzan. Это нефтехранилище частично подводное, так как верхняя надстройка располагалась над водой (см. рис. 1.18). Общая масса составляет 15 тыс. т., при объеме резервуара 500 тыс. баррелей (79 тыс. м3). Позже было построено еще два аналогичных нефтехранилища.
На месторождении Solan в Северном море на шотландском шельфе в 2014 году был установлен
подводный нефтяной резервуар (SOST - Subsea storage oil tank). SOST вмещает в себя 300,000 баррелей (около 48,000 м3) при массе в 8 тыс. т.
Американская Completion & Production Solutions и норвежская Kongsberg ведут разработки новой системы подводного хранения нефти. Концепции обеих фирм схожи. Резервуар состоит из наружного стального каркаса, обеспечивающего защиту резервуара от внешних воздействий, и внутреннего эластичного резервуара. Внутренний резервуар при опорожнении сжимается, а при наполнении расширяется.
Рис. 1.19. Схема подводного резервуара для хранения нефти SOST
Рис. 1.20. Подводный резервуар компании «Completion & Production Solutions»
Рис. 1.21. Система подводного хранения компании «Kongsberg»
Рис. 1.22. Подводный танкер
Подводные нефтеналивные танкеры
В 1970 году компания General Dynamics (США) предложила проект подводного танкера вместимостью 170 тыс. тонн с ядерной энергетической установкой. Проект был разработан с целью освоения морских нефтяных месторождений Аляски. В 90-х КБ «Малахит» и ЗАО «АТТК» (Арктическая торгово-транспортная компания) представили проект подводного танкера (см. рис. 1.22)
Разработкой конструкций подводного танкера занимались Белкин П.В., Дорофеев Ю.П., Монахов В.П., Берков Ю.А., Галь А.Ф., Римский-Корсаков Н.А., Дозоров Т.А. и другие. Выданы десятки патентов на различные конструкции и модификации подводных танкеров. Патенты отображают два основных типа подводных танкеров: полностью подводные танкеры и подводные танкеры с надстройкой, располагающейся над водой.
В 2013 году Зеленов С.Н, Морозов А.В. и Семашко П.В. в своей статье провели оценку ЭУ подводного танкера вместимостью 40 000 тонн. По их расчетам для перемещения танкера со скоростью 10-16 узлов (20-30 км/ч) будет достаточно трех двигателей мощностью 10 МВт каждый.
Подводные роботизированные аппараты
Существует два типа подводных аппаратов: телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА) и автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА).
ТНПА способны проводить обследование; искать объекты в недоступных для водолазов местах; отбирать пробы; управлять механизмами под водой (поворачивать задвижки, соединять трубопроводы, помогать при бурении). Перечень
задач постоянно увеличивается, что влечет за собой расширение номенклатуры аппаратов.
АНПА используются для исследования определенной территории: сканирование поверхности морского дна, получение данных о его строении, обнаружение препятствий и различных предметов, мониторинг экологического состояния, прокладки коммуникаций, военные работы (разведка, патрулирование, оборона).
На мировом рынке ROV и AUV действуют десятки компаний, предлагающие различные модификации подводных аппаратов. К наиболее известным компаниям относятся Subsea 7 Inc. (Великобритания), SAAB AB (Швеция), FUGRO NV (Нидерланды), Ocean Engineering Ltd. (Великобритания), Bluefin Robotics (США), Atlas Elektronik Gmbh (Германия), Kongsberg Maritime (Норвегия), Teledyne Technologies LLC (США), BIRNS, INC. (США); International Submarine Engineering Ltd. (Канада), Schilling Robotics LLC (сейчас Technip FMC) (Великобритания), Oceaneering International Inc. (США).
Уровень развития телеуправляемой и автономной техники позволит проводить работы, связанные с достройкой, обслуживанием и ремонтом сооружения, оборудования и коммуникаций.
ВЫВОД
Рассмотренные установки для отбора керна наглядно показывают возможность бурения скважин с судна. Но малая мощность, отсутствие возможности замены долота и отсутствие контроля процесса бурения ограничивают их применение на более серьезных работах.
Подводные буровые установки остаются пока только концептами, так как возникает множество проблем при переносе процесса бурения под воду. Но общая концепция уже намечена. Так для
многофункционального промысла предпочтение отдается сооружениям обтекаемой формы, способных вместить в себя все оборудование для бурения и эксплуатации скважин, а для разведочного бурения больше подходят сооружения по форме похожие не традиционные подводные лодки, с буровым оборудованием на борту.
Предлагается проект подводной ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Мощность ЯЭУ позволит обеспечить энергией целый подводный промысел. Именно ЯЭУ наиболее предпочтительны для подобных условий, так как они воздухонезависимы.
Подводные резервуары успешно применяются в настоящее время. Существуют отлаженные решения и перспективные проекты, находящиеся на стадии опытного проектирования. В этом направлении решение существует.
Подводные танкеры на базе традиционных подводных лодок пригодны только в качестве челночных танкеров, так как на дальние расстояния перемещают большие объемы сырья. В этом случае габариты подводного танкера будут настолько колоссальными, что, по предварительным оценкам, потребуются энергетические установки, мощностью в сотни мегаватт.
Для обслуживания на практике успешно применяются подводные роботизированные аппараты. Следует обратить внимание только на способ организации связи под водой. Использование кабелей под водой не целесообразно, так как это накладывает ограничения на их перемещение. Организация связи под водой сложнее, чем над ней. Потребуется проработка данного вопроса в будущем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агеев Д.М., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В. Автономные подводные роботы: системы и
технологии/ отв. Ред. Киселев Л.В. - М.: Наука, 2005. - 398 с. - ISBN 5-02-033526-6
2. Знаменщиков, А.Р. Перспективы использования подводного танкера, подводного газовоза, подводного транспортного судна-контейнеровоза для транспортного обеспечения Северного морского пути и развития морских регионов / А.Р. Знаменщиков // Теория и практика морской деятельности. Инновационные транспортные подсистемы приморских территорий и прибрежных акваторий (материалы круглого стола). — Москва: СОПС, 2013. — C. 229 - 259.
3. Саркисов А.А. Динамика ядерных энергетических установок подводных лодок. Учебное пособие. - Севастополь: Севастопольское высшее военно-морское инженерное училище, 1964. - 302 с.
4. Журнал Media Planet №5 Июнь 2009 (дата обращения 03.06.2019г.).
5. Официальный сайт компании Fugro [Электронный ресурс]/ - Режим доступа https://www.fugro.com/about-fugro/our-expertise/technology /seafloor-drills (дата обращения 20.08.2019г.).
6. Официальный сайт компании [Электронный ресурс]/ - Режим доступа http://www.helixesg.com/canyon (дата обращения 16.07.2019г.).
7. Официальный сайт компании [Электронный ресурс]/ - Режим доступа https://www.bgs.ac.uk (дата обращения 10.08.2019г.).
8. Официальный сайт компании [Электронный ресурс]/ - Режим доступа https://www.benthic.com/index.php/services/innovatio n
9. Solan production operation MAT [Электронный ресурс] / Premier Oil / - 2015/ -Режим доступа: http://www.premier-oil.com/premieroil/dlibrary/panda/PRA-157-Solan-EIA-Justification-MAT-B19-V2.pdf (дата обращения 16.02.2019г.).
КОНЦЕПЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО И БЕЗАВАРИЙНОГО ОСВОЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АРКТИЧЕСКОГО ШЕЛЬФА
Герасимов Е.М.
Патентообладатель.
Оренбург. Россия
THE CONCEPT OF ENVIRONMENTALLY FRIENDLY AND TROUBLE-FREE DEVELOPMENT OF HYDROCARBON DEPOSITS IN THE ARCTIC SHELF
Gerasimov E.M.
Patent holder.
Orenburg Russia
АННОТАЦИЯ
Предложена серия технических и технологических мероприятий, обеспечивающих экологическую и противоаварийную безопасность при бурении и разработке углеводородных месторождений арктического шельфа; в частности, предложена универсальная морская нефтегазовая платформа ледового типа, совмещающая функции буровой и эксплуатационной платформ, энергообеспеченная атомным реактором типа КТЛ 40 С; предложена серия противоаварийных роботизированных мероприятий, основанных на использовании кинетической энергии фонтанирующей струи; показана опасность свойств
