CC BY
111
УДК 621.642
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2020-10202
ОСОБЕННОСТИ И ТИПЫ ПОДВОДНЫХ НЕФТЕХРАНИЛИЩ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В АРКТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
FEATURES AND TYPES OF UNDERWATER OIL STORAGES, USED IN THE ARCTIC CONDITIONS
А.Р. Гимаева, И.И. Хасанов
Уфимский государственный нефтяной технический университет, 450062, г. Уфа, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7546-406X, E-mail: alinagim@rambler.ru ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: ilnur.mt@mail.ru
Резюме: В настоящее время добыча углеводородов постепенно переносится из мелководных незамерзающих морей на арктические акватории с весьма суровыми климатическими условиями. Часто такие месторождения расположены в отдалении от обустроенных объектов береговой инфраструктуры. При этом прокладка подводных трубопроводов вызывает особые трудности из-за сложного рельефа дна и больших глубин. Поэтому в цепочке добычи, транспорта и хранения углеводородного сырья на море возникает необходимость использовать подводные хранилища как средства для временного накапливания и выполнения технологических операций по загрузке в танкеры в максимально сжатые сроки. В статье рассмотрены существующие на сегодняшний день типы и конструкции морских нефтехранилищ, уже применяющих или годных для применения при подводном хранении нефти и нефтепродуктов в условиях Арктики. Также в ходе проведенного анализа были выявлены требования, предъявляемые к конструкции для подводного хранения нефти в арктических условиях.
Ключевые слова: нефтехранилище, подводное хранение нефти, арктические условия, классификация подводных резервуаров.
Для цитирования: Гимаева А.Р., Хасанов И.И. Особенности и типы подводных нефтехранилищ, используемых в арктических условиях // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 2. С. 12-15.
D0I:10.24411/0131-4270-2020-10202
Alina R. Gimaeva, Ilnur I. Khasanov
Ufa State Petroleum Technological University, 450062, Ufa, Russia
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7546-406X , E-mail: alinagim@rambler.ru ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3422-1237, E-mail: ilnur.mt@mail.ru
Abstract: Currently, hydrocarbon production is gradually being transferred from shallow, ice-free seas to the Arctic waters with very severe climatic conditions. Often such deposits are located at a distance from the developed objects of coastal infrastructure. At the same time, laying submarine pipelines causes particular difficulties due to the complex topography and great depths. Thus, hydrocarbon production at sea requires the use of underwater storage facilities and means for operations on loading tankers in the shortest possible time. The article discusses the types and designs of offshore oil storage facilities that exist today, which are already used or can be used for underwater storage of oil and oil products in the Arctic. Also during the analysis, the requirements for the design for underwater storage of oil in arctic conditions were identified.
Keywords: oil storage, underwater storage of oil, arctic conditions, classification of subsea reservoirs.
For citation: Gimaeva A.R., Khasanov I.I. FEATURES AND TYPES OF UNDERWATER OIL STORAGES, WHICH USED IN THE ARCTIC CONDITIONS. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2020, no. 1, pp. 12-15.
DOI:10.24411/0131-4270-2020-10202
Освоение морских нефтегазовых месторождений континентального шельфа на сегодняшний день относится к наиболее актуальным задачам нефтегазового сектора России. На данный момент большинство крупных месторождений материковой части страны находится в состоянии стагни-рующей добычи. В связи с этим для удовлетворения внутреннего спроса, а также экспортных потребностей необходимо развивать технологии морской добычи углеводородов.
Добыча нефти все более активно начинает переходить в районы шельфа. Такой переход требует совершенствования существующих систем хранения нефти в морских условиях. Одним из решений является применение подводных нефтехранилищ, получивших популярность за рубежом.
Подводное нефтехранилище представляет собой искусственный резервуар для хранения нефти или продуктов первичной переработки, установленный ниже водной поверхности [1].
Конструкции могут быть изготовлены как в одиночном исполнении, так и в групповом составе. Вместимость
каждой емкости для хранения нефти обычно выбирается в соответствии с параметрами конкретного месторождения.
Первые упоминания о подводном хранении нефти и нефтепродуктов относятся к 40-50-м годам ХХ столетия. Именно в послевоенное время впервые появилась идея создать гибкую емкость (оболочку) для морской транспортировки и последующего хранения нефтяных грузов. Разработчиками данной идеи являлись советские инженеры М.Л. Аршава и А.М. Аршава, изготовившие несколько моделей гибких оболочек в виде мешков объемом 150-500 л, которые буксировались в Бакинской бухте. К преимуществам гибких емкостей относят:
- малый вес;
- малый объем в порожнем состоянии;
- быстрота и дешевизна изготовления;
- низкие эксплуатационные расходы.
За рубежом работы по изготовлению гибких емкостей для хранения нефти и нефтепродуктов велись с 1956 года. Значительные успехи в этом направлении были
I
•. V - г-
достигнуты в Англии (размеры наибольшей гибкой емкости грузоподъемностью 1000 т составляли: длина 90 м, диаметр 4,5 м).
Примерно в те же годы США, Швеция, Великобритания и Япония [2] начали интенсивные работы по разработке, внедрению и эксплуатации мягких резервуаров для подводного хранения нефти и нефтепродуктов.
На рис. 1 представлены первые образцы подводных мягких резервуаров. Первый мягкий резервуар вместимостью 400 мЗ был изготовлен в 1960-х годах фирмой United States Rubber Соф. (США), второй образец подводного мягкого резервуара вместимостью 5000 мЗ под названием Sasec был создан в 1971 году в Швеции [3, 4].
Оболочки таких мягких резервуаров изготавливались в основном из многослойного резинотканевого материала, а также из армированного полиэтилена, полихлорвинила, полипропилена и др. Толщина оболочки резервуаров колебалась от 6 до 8 мм и выбиралась в зависимости от их объема и условий работы.
Все подводные мягкие резервуары имеют положительную плавучесть, величина которой зависит от плотности и количества залитого нефтепродукта, а также от массы порожнего резервуара. В связи с этим мягкие подводные резервуары необходимо устанавливать на дне моря при помощи якорей, свай-анкеров, монолитных блоков, с которыми резервуары соединяются гибкой связью, или на ферменных конструкциях, закрепленных на дне моря.
В целом можно выделить следующие преимущества мягких резервуаров:
- простота конструкции и эксплуатации;
- небольшие капитальные затраты;
- малые материальные расходы на производство, эксплуатацию и обслуживание;
- возможность перебазирования и создания необходимых хорошо защищенных запасов в требуемом месте;
- возможность хранения и отпуска всех товарных сортов горючего;
- пожаробезопасность.
Но несмотря на все перечисленные преимущества, при изготовлении данной конструкции был выявлен ряд проблем:
- с возрастанием грузоподъемности емкости резко увеличивались требования к прочности материала, из которого она изготовлялась (это приводит к усложнению технологии изготовления);
- при буксировке оболочки свыше определенной скорости возникало резкое возрастание сопротивления
Рис. 1. Подводные мягкие резервуары: а - мягкий резервуар United States Rubber Corp. (США); б - резервуар «Sasec» цилиндрической формы (Швеция)
I Рис. 2. Подводные стальные резервуары [41: а - подводный стальной резервуар, компания Dubai Petroleum; б - стальной резервуар, компания Bethlem Stell
(оболочка начинала вращаться вокруг вертикальной и горизонтальной оси).
Таким образом, с конца 50-х годов началось изготовление стальных подводных резервуаров для хранения нефтепродуктов. В 1957 году компания Bethlemen Steel (США) разработала стальные подводные нефтехранилища емкостью от 1600 до 160 000 мЗ, устанавливаемые на глубине до 90 м.
В 1969 году компанией Dubai Petroleum был сконструирован также стальной подводный резервуар, который был установлен в Мексиканском заливе. На рис. 2 представлены первые стальные подводные резервуары для хранения нефти, разработанные США и ОАЭ.
На основании анализа и изучения конструкций известных в настоящее время подводных резервуаров, используемых в Арктике, а также с учетом факторов, влияющих на надежность и экологическую безопасность конструкции, была разработана классификация типов нефтехранилищ в условиях морских месторождений (табл. 1).
Все разновидности подводных нефтехранилищ имеют свои преимущества и недостатки, однако все они основаны на принципе вытеснения нефтепродукта из резервуаров гидростатическим давлением воды.
б
б
2
• 2020
13
Также в ходе проведенного анализа существующих видов подводных нефтехранилищ были выявлены следующие требования к конструкции для подводного хранения нефти в арктических условиях [3-5]:
- конструкция стационарного хранилища должна исключать контакт продукта с морской водой (вследствие контакта нефти с водой образуется нежелательный слой эмульсии, который с течением времени приводит к уменьшению полезной емкости хранилища). На рис. 3 показана схема загрузки надводного танкера из стационарного подводного нефтехранилища при помощи гибких герметичных райзеров;
- оболочку хранилища желательно выполнять из стали, железобетона или полиэфирного стеклопластика (сталь и железобетон уже широко используются в качестве материала для изготовления нефтехранилищ. Хранилища из полиэфирного стеклопластика еще не применялись при строительстве крупногабаритных емкостей для хранения нефтепродуктов, однако проведенные в России и мире испытания подтвердили возможность использования таких материалов для сооружения нефтехранилищ). Выбор материала для изготовления подводного резервуара определяет технико-экономический анализ, учитывающий природно-климатические условия акватории, свойства хранимого продукта и степень надежности конструкции;
- глубина моря для размещения стационарных нефтехранилищ должна исключать вероятность воздействия на оболочку хранилища ледовых
образований и в то же время быть достаточной, чтобы не создавать помех судоходству;
- форму подводного нефтехранилища предпочтительнее изготавливать в виде сферы или полусферы (сферические формы хранилищ при воздействии внешнего гидростатического давления морской воды на оболочку проявили себя наиболее прочными и устойчивыми);
- технология изготовления конструкции нефтехранилища должна учитывать выполнение основных операций по сборке на берегу с целью минимизации объема работ в открытом море со сложной ледовой обстановкой.
Таблица 1
Классификация морских подводных нефтехранилищ, используемых в Арктике
Фактор Тип конструкции
1. Материал изготовления - резинотканевые - стальные - железобетонные - полимерные - из щебня и других отходов производства
2. Геометрическая форма оболочки корпуса - сферические - цилиндрические - смешанной формы - в форма колокола
3. Степень погружения в воду - плавучие - донные
4. Тип конструкции - эластичный - жесткий - смешанный
5. Способ закрепления в проектном положении - под действием собственного веса - с помощью анкеров - с помощью пригрузов - с помощью якорей
6. Наличие мягкой оболочки в корпусе конструкции - допускающие контакт нефти с водой - исключающие контакт нефти с водой
Рис. 3. Схема загрузки надводного танкера из стационарного подводного нефтехранилища [6]
Таким образом, если принимать во внимание огромные запасы нефти, перспективу освоения крупных шельфовых месторождений в Арктике с применением подводных добычных комплексов, а также реализацию Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники» [7], сооружение подводных стационарных нефтехранилищ с высоким уровнем эксплуатационной надежности и экологической безопасности является в настоящее время чрезвычайно важной и актуальной задачей для нефтегазовой отрасли России.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бунчук В.А. Подводное хранение нефти и нефтепродуктов за рубежом. М.: Недра, 1969. 57 с.,
2. Красильникова О.А., Ломакина Н.С. Особенности и перспективы развития морских портов Арктического бассейна // Молодой ученый. 2014. № 7. С. 136-139.
3. Сонин М.С. Подводный резервуар для хранения жидких углеводородов на месторождениях арктического шельфа: дис. канд. техн. наук: 25.00.18. М., 2016. 100 с.
4. Локшина А.А. Развитие технических средств хранения и технологий предотвращения и удаления углеводородных отложений в резервуарах морских месторождений: дис. канд. техн. наук: 07.00.10, 02.00.13. Уфа, 2011. 185 с.
5. Леонтьев С.А., Галикеев Р.М. Тарасов М.Ю. Технологический расчет и подбор стандартного оборудования для установок системы сбора и подготовки скважинной продукции: учеб. пособие. Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. 124 с.
6. Золотухин А.Б., Гудместад О.Т., Ермаков А.И. и др. Основы разработки шельфовых нефтегазовых месторождений и строительство морских сооружений в Арктике. М.: Нефть и газ, 2000. 770 с.
7. Касаткин Р.Г. Перспективы развития шельфовых месторождений нефти и газа в мире // Российский внешнеэкономический вестник. 2008. № 1. С. 57-61.
REFERENCES
1. Bunchuk V.A. Podvodnoye khraneniye neftiinefteproduktovza rubezhom [Underwater storage of oil and oil products abroad]. Moscow, Nedra Publ., 1969. 57 p.
2. Krasil'nikova O.A., Lomakina N.S. Features and prospects for the development of the seaports of the Arctic basin. Molodoy uchenyy, 2014, no. 7, pp. 136-139 (In Russian).
3. Sonin M.S. Podvodnyy rezervuar dlya khraneniya zhidkikh uglevodorodov na mestorozhdeniyakh arkticheskogo shel'fa. Diss. kand. tekhn. nauk [Underwater tank for storing liquid hydrocarbons in the Arctic shelf fields. Cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 2016. 100 p.
4. Lokshina A.A. Razvitiye tekhnicheskikh sredstv khraneniya i tekhnologiy predotvrashcheniya i udaleniya uglevodorodnykh otlozheniy v rezervuarakh morskikh mestorozhdeniy. Diss. kand. tekhn. nauk [Development of technical storage facilities and technologies for prevention and removal of hydrocarbon deposits in reservoirs of offshore fields. Cand. tech. sci. diss.]. Ufa, 2011. 185 p.
5. Leont'yev S.A., Galikeyev R.M. Tarasov M.YU. Tekhnologicheskiy raschet ipodborstandartnogo oborudovaniya dlya ustanovok sistemy sbora i podgotovki skvazhinnoy produktsii [Technological calculation and selection of standard equipment for systems for gathering and preparation of well products]. Tyumen, TyumGNGU Publ., 2015. 124 p.
6. Zolotukhin A.B., Gudmestad O.T., Yermakov A.I. Osnovy razrabotki shel'fovykh nefiegazovykh mestorozhdenii i stroitel'stvo morskikh sooruzheniy v Arktike [Fundamentals of the development of offshore oil and gas fields and the construction of offshore facilities in the Arctic]. Moscow, Neft' i gaz Publ., 2000. 770 p.
7. Kasatkin R.G. Prospects for the development of offshore oil and gas fields in the world. Rossiyskiy vneshneekonomicheskiy vestnik, 2008, no. 1, pp. 57-61 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Гимаева Алина Рашитовна, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Хасанов Ильнур Ильдарович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Уфимский государственный нефтяной технический университет.
Alina R. Gimaeva, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas,Ufa State Petroleum Technological University.
Ilnur I. Khasanov, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas,Ufa State Petroleum Technological University.
