CC BY
120
УДК 624.626
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2020-10205
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ СОХРАНЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ МОРСКИХ НЕФТЕГАЗОВЫХ СООРУЖЕНИЙ
ANALYSIS OF THE PROBLEM OF RELIABILITY PRESERVATION IN OFFSHORE OIL AND GAS FACILITIES
В.А. Капорская, Р.Р. Хасанов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1477-6198, Email: vkaporskaya@list.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6244-7532, E-mail: hasanov25@mail.ru
Резюме: В статье рассмотрены основные проблемы сохранения надежности морских нефтегазовых сооружений. Изучены основные причины аварий и инцидентов на морских подводных трубопроводах и платформах, которые возникают в результате воздействий ветра, течения, волны, ледовых образований, коррозии и пр. Выявлено, что основным способом защиты подводного трубопровода является оптимальный подбор величины его заглубления.
Ключевые слова: морские нефтегазовые сооружения, подводный трубопровод, платформа, авария, надежность, нагрузки.
Для цитирования: Капорская В.А., Хасанов Р.Р. Анализ проблем сохранения надежности морских нефтегазовых сооружений // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 2. С. 24-26.
D0I:10.24411/0131-4270-2020-10205
Victoria A. Kaporskaya, Rustyam R. Khasanov
Ufa State Oil Technical University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1477-6198, Email: vkaporskaya@list.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6244-7532, E-mail: hasanov25@mail.ru
Abstract: The main problems of preserving reliability of offshore oil and gas facilities are analyzed in the paper. It is studied that the main part of accidents and incidents on sea submarine pipelines and platforms are caused by the following influences: winds, currents, waves, ice formations, corrosion and so on. The main way to protect the subsea pipeline is to select the optimal depth of the pipeline.
Keywords: offshore oil and gas structures, subsea pipeline, platform, accident, reliability, loads.
For citation: Kaporskaya V.A., Khasanov R.R. ANALYSIS OF THE PROBLEM OF RELIABILITY PRESERVATION OF OFFSHORE OIL AND GAS FACILITIES. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2020. no. 2, pp. 24-26.
DOI:10.24411/0131-4270-2020-10205
Введение
В настоящее время все большее развитие получает строительство морских нефтегазовых сооружений. На акватории шельфа добывается примерно 35% общемирового объема добычи углеводородного сырья. Динамика роста нефтедобычи в море в настоящее время более чем в пять раз превышает добычу на суше, а к 2021 году в балансе мира ожидается прирост морской добычи углеводородов до 65%. Это связано с разработкой и освоением морских нефтегазоконденсатных месторождений. На данный момент в мире насчитывается более 4600 морских нефтегазовых сооружений.
Морские подводные трубопроводы и платформы сооружаются на арктических и субарктических шельфах, в заливах. В Балтийском море был построен газопровод «Северный поток» между Россией и Германией, а в Черном море - «Голубой поток» между Россией и Турцией. В мировой практике самым крупным подводным газопроводом является «Северный поток».
Рост морской нефтегазодобычи, увеличение объемов строительства подводных трубопроводных систем сопровождается рядом аварий и инцидентов. В первую очередь это связано с воздействием факторов, действующих на морские нефтегазовые сооружения. Отличительными особенностями аварий на морских объектах являются быстрота развития аварийных процессов, связанных с выбросом углеводородов и их горением в условиях плотного размещения оборудования.
По состоянию на 2013 год выявлен 6451 инцидент/аварий, происшедших с разными морскими сооружениями в мире, что подтверждено данными [1].
Основными причинами аварий морских платформ являются: коррозия, механические повреждения, удары судами, штормы, оползни, ледовые образования, течения, дефекты металла труб и соединительных деталей (металлургические, заводские дефекты) и пр.
Среднестатистическая интенсивность (частота) аварий на морских трубопроводах составляет 0,2-0,3 аварий в год на 1000 км [2]. Основные причиныи аварий: коррозия металла труб (50%), механические повреждения в результате воздействия якорей, траловых досок, вспомогательных судов и строительных барж (20%), природные процессы (12%).
Приведенные данные свидетельствует об актуальности вопроса безопасности морских нефтегазовых сооружений.
Основные проблемы морских подводных трубопроводов
Морской трубопровод является объектом повышенной опасности. Вне зависимости от уровня развития строительства трубопровода невозможно полностью исключить возможность его повреждения. К основным причинам разрушения, согласно [3], можно отнести:
- перемещение трубопроводов под действием гидродинамических факторов (шторма, волны и течения);
- механические повреждения трубопроводов и их покрытий якорями, тралами, волокушами, килями судов, ледовыми образованиями и др.;
- внешнюю и внутреннюю коррозию;
- неудовлетворительную балластировку трубопровода;
- дефекты сварки основного материала трубопровода;
- потерю устойчивости подводного трубопровода;
- провисание трубопровода в районе размыва донного грунта;
- недостаточный контроль состояния подводных трубопроводов при строительстве и эксплуатации.
Рассмотрим следующие причины разрушения:
1) размывы грунта под трубопроводом могут быть вызваны действием волн и течений, переформированием дна, что приводит к провисанию трубопроводов на участках значительной протяженности;
2) штормы - во время урагана «Кармен» в 1974 году нефтепродуктопровод диаметром 100 мм переместился по дну Мексиканского залива на расстояние около 1,5 км от своего первоначального положения. Передвижки такой величины могут подвергнуть трубопроводы чрезвычайно высоким напряжениям;
3) коррозия является серьезной причиной нарушения целостности морских трубопроводов. Для защиты подводного трубопровода применяется комплексная защита: изоляционное покрытие в сочетании с протекторной защитой.
Агрессивность перекачиваемых сред может привести к внутренней коррозии. Существует несколько способов защиты:
- применение ингибиторов;
- нанесение внутреннего сплошного покрытия;
- применение облицовки(например, из нихрома);
4) якоря - большой ущерб трубопроводам наносят якоря, чаще во время их протаскивания, а не при опускании на дно. Основным способом защиты является заглубление;
5) воздействие течения и волнения на подводный трубопровод.
При строительстве морских трубопроводов необходимо учитывать факторы, влияющие на устойчивое положение. Устойчивость трубопровода зависит от глубины заложения, рельефа дна, течений и т.д. Поэтому перед строительством необходимо изучить трассу трубопровода, ограничить зоны моря и определить параметры волн при их трансформации и рефракции. На морских трубопроводах можно выделить следующие участки:
- основной участок - более 25 м; здесь рельеф дна не влияет на основные характеристики волн;
- прибрежный участок - от 5 до 25 м; здесь рельеф дна оказывает существенное влияние на развитие волн и на их основные характеристики;
- участки пересечения береговой линии - ограничивается планово-высотным положением на берегу +1 м, в воде -5 м (в пределах этой зоны происходит разрушение волн; поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег).
Если трубопровод уложен в траншею и засыпан, то в этом случае воздействие волн и течений незначительно. Но бывают случаи, когда волны и течения, направленные поперек продольной оси трубопровода, размывают дно, трубопровод обнажается и образуются провисающие участки;
6) воздействие льда на подводный трубопровод.
При проектировании и строительстве морских трубопроводов в северных морях необходимо учитывать ряд проблем, которые не характерны для теплых морей. К этим проблемам относятся: ледовое пропахивание, ледовая эрозия дна, выход льда на берег, устойчивость берегового грунта, таяние льдов.
Пропахивание дна возникает при движении торосов, айсбергов под воздействием ветра и течений. Ледовая эрозия образуется во время таяния, когда вода из разливающихся рек поступает на поверхность льда.
Береговая линия подвергается воздействию подвижного льда во время его намерзания или вскрытия. В результате вдоль береговой линии образуются нагоны, максимальная высота которых может быть на уровне ватерлинии или берега, что и приводит к выходу ледяных глыб на берег.
Основным способом защиты от ледового воздействия является заглубление. Для уточнения величины и частоты ледовых пропахиваний и эрозии при проектировании трубопроводных систем нужно использовать специальные программы, предназначенные для исследования морского дна. Обычно для их проведения используют суда, оборудованные многолучевыми боковым и донным профилирующими сонарами. В случае ледовой эрозии дна до наступления сезона открытой воды используются вертолеты.
Основные проблемы при эксплуатации платформ
Как и морские подводные трубопроводы, платформы при эксплуатации испытывают ряд проблем, которые влияют на надежность.
Морской регистр судоходства [4] дает следующую их классификацию:
1. Нагрузки, вызываемые действием окружающей среды (волны, ветер, течения, лед, сейсмоактивность, грунт, температура и т. п.).
2. Нагрузки, создаваемые весом морских стационарных платформ (МСП), работой механизмов, устройств и систем, связанных с работой самого сооружения.
Как правило, МСП подвергаются действию ветра, течений, морских волн и льда, которые создают сложные условия работы платформы в море.
При эксплуатации сооружения в северных морях в зимнее время года платформа может быть подвержена обледенению. Обледенение влияет на эксплуатацию платформ, включая время ремонта и уровень надежности. Масса льда, намерзающего на платформу, может сказаться на ее эксплуатационной надежности, если окажется значительной. Также опасным является надвижение на платформу ледовых образований, таких как айсберги, торосы, ледовые поля и пр.
3. Волновые нагрузки - являются определяющими на открытых незащищенных и незамерзающих акваториях. Волны обладают огромной разрушительной силой. Волны -это порожденные ветром чередующиеся валы воды - холмы и впадины на свободной поверхности моря.
Участки моря подразделяются на глубокие, если глубина воды Н более половины длины волны X; мелкие, если глубина воды Н > 0,5Х. В морской практике различают четыре зоны водоема по глубине воды [5].
2
• 2020
25
Первая зона - глубоководная, в пределах которой влияние дна на волновой процесс отсутствует; в первой зоне Н > 0,5Х.
Вторая зона - мелководная, влияющая на волновой процесс; во второй зоне 0,5Х > Н > Нкр - глубина, на которой начинается разрушение волн.
Третья зона - прибойная, в пределах которой начинается и завершается разрушение волн, Н < Нкр.
Четвертая зона - приурезная, в которой полностью разрушенные волны набегают (накатывают) на берег или откос сооружения.
Основными параметрами волнового процесса при проектировании являются:
- параметры волн: X (длина), h (высота) и hгл (наибольшая высота) при максимальной скорости ветра V (м/с) с вероятностью повторяемости его один раз в 50 лет (для морских нефтегазовых сооружений (МНГС)).
- скорость и продолжительность ветра для различных направлений (румбов); составляется так называемая роза ветров и определяются наиболее опасные румбы ветра для конкретных объектов МНГС.
4. Ветровое воздействие является одним из наиболее опасных воздействий на морскую платформу, поскольку под действием ветра возникают волны, происходит перемещение ледовых образований. Силовое воздействие ветров на платформы может быть значительным, и учет таких воздействий обязателен. Ветровые нагрузки, действующие на
морское сооружение, зависят от формы и площади парусности его элементов, а также от скорости ветра.
Выводы
Проектирование, строительство и эксплуатация морских нефтегазовых сооружений на сегодняшний день являются перспективным направлением. Во-первых, это связано с ростом добычи нефти и газа на шельфе. Во-вторых, со снижением запасов углеводородов на суше. Именно поэтому на данный момент основная задача заключается в обеспечение надежности морских нефтегазовых сооружений.
Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы: одним из способов повышения надежности морских нефтегазовых сооружений является учет всех возможных нагрузок и воздействий. Для подводных трубопроводов задача состоит в определении оптимальной величины заглубления с целью минимизации воздействий нагрузок, а также применения комплексной защиты от коррозии.
При эксплуатации платформ нужно учитывать сочетание наиболее опасных воздействий и с учетом этих нагрузок обеспечить необходимый запас прочности, а также при проектировании определить конструкцию самой платформы и способы защиты конструкции от этих воздействий.
Необходимо также разработать нормативные документы, в которых будут рассмотрены способы повышения надежности морских нефтегазовых сооружений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. World Offshore Accident Dataset (WOAD) of DNV URL: https://www.dnvgl.com/services/ world-offshore-accident-database-woad-1747
(дата обращения 24.02.2020)
2. Лисанов М.В., Сумской С.И., Савина А.В., Самусева Е.А. Аварийность на морских нефтегазовых объектах // Oil&Gas Journal Russia. 2010. № 5 (39). С. 48-53.
3. Правила классификации и постройки морских подводных трубопроводов. СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2019. 203 с.
4. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок (ПБУ) и морских стационарных платформ (МСП). СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2014. 480 с.
5. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения. Ч. 1: Конструирование. М.: Недра-Бизнесцентр, 2006. 555 с.
REFERENCES
1. World Offshore Accident Dataset (WOAD) of DNV Available at: https://www.dnvgl.com/services/world-offshore-accident-database-woad-1747 (accessed 24 February 2020)
2. Lisanov M.V., Sumskoy S.I., Savina A.V., Samuseva YE.A. Accident at offshore oil and gas facilities. Oil&Gas Journal Russia, 2010, no. 5 (39), pp. 48-53 (In Russian).
3. Pravila klassifikatsii i postroyki morskikh podvodnykh truboprovodov [Rules for the classification and construction of subsea pipelines]. St. Petersburg, Rossiyskiy morskoy registr sudokhodstva Publ., 2019. 203 p.
4. Pravila klassifikatsii, postroyki i oborudovaniya plavuchikh burovykh ustanovok (PBU) i morskikh statsionarnykh platform (MSP) [Rules for the classification, construction and equipment of floating drilling rigs and offshore fixed platforms]. St. Petersburg, Rossiyskiy morskoy registr sudokhodstva Publ., 2014. 480 p.
5. Borodavkin P.P. Morskiye neftegazovyye sooruzheniya. Chast' 1. Konstruirovaniye [Offshore oil and gas facilities. Part 1. Design]. Moscow, Nedra-Biznestsentr Publ., 2006. 555 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Капорская Виктория Алексеевна, студент, Уфимский государственный нефтяной технический университет. Хасанов Рустям Рафикович, к.т.н., доцент кафедры сооружения и ремонта газонефтепроводов и газонефтехранилищ, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Victoria A. Kaporskaya, Student, Ufa State Petroleum Technological University.
Rustyam R. Hasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Construction and Repair of Oil and Gas Pipelines and Gas and Oil Storage Facilities, Ufa State Petroleum Technological University.
