Перспективные направления научных исследований для решения приоритетных задач ПАО "Газпром" Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИОРИТЕТНЫХ ЗАДАЧ ПАО «ГАЗПРОМ»

УДК [001.89+338.28]:622.324 П.В. Крылов1

1 ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, РФ).

На сегодняшний день в газовой отрасли существует крупный блок наукоемких и сложных с технологической точки зрения проблем, которые необходимо решить в ближайшие годы. Причем большое количество задач касается не только ПАО «Газпром», но и нефтегазового комплекса в целом. Это особенно актуально в период введенных США и странами ЕС антироссийских санкций, поскольку они в значительной мере направлены на сдерживание развития отрасли.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЕ, НАУКОЕМКИЕ ПРОЕКТЫ, СЖИЖЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ПЕРЕРАБОТКА, ШЕЛЬФОВАЯ ДОБЫЧА, КАТАЛИЗАТОРЫ, СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ.

Рис. 1. Наиболее перспективные наукоемкие проекты ПАО «Газпром», связанные с производством сжиженного природного газа, переработкой и шельфовой добычей

Следует отметить успехи ПАО «Газпром» в последнее время в части реализации масштабных проектов по освоению газовых ресурсов полуострова Ямал, арктического шельфа, Восточной Сибири и Дальнего Востока. Вторая очередь Северо-Европейского газопровода, «Сила Сибири», третья очередь завода по производству СПГ «Сахалин-2» - это неполный перечень инновационных проектов, по которым работа уже начата. Однако пока во многих проектах очень высока доля импортных технологий и оборудования.

На наш взгляд, основными перспективными направлениями научных исследований для решения задач развития и импортозамещения в газовой отрасли Российской Федерации являются следующие:

• создание и эксплуатация сложных технических систем;

• управление техническим состоянием и обеспечение надежности объектов в сложных условиях;

1 )

Южно-Киринское ГКМ

\

P.V. Krylov1

1 Gazprom PJSC (St. Petersburg, Russian Federation).

Prospective scientific research directions to solve the high-priority problems of Gazprom PJSC

Currently, there are a lot of knowledge-intensive and difficult process problems that should be solved in the coming years in the gas sector. In addition, great number of problems relates both to Gazprom PJSC and to the oil and gas complex as a whole. This is especially relevant in the period of anti-Russian sanctions imposed by the USA and the EU, since they are mostly aimed at curbing the industry development.

KEYWORDS: IMPORT SUBSTITUTION, KNOWLEDGE-INTENSIVE PROJECTS, LIQUEFIED NATURAL GAS, PROCESSING, SHELF PRODUCTION, CATALYSTS, SUPERCOMPUTER TECHNOLOGIES, STANDARDIZATION.

СОЗДАНИЕ ОПЫТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ СТЕНДОВ

для проведения исследовании процессов теплообмена с кипением-конденсацией смешанного хладагента на пучках труб

для исследований конструкций распределителей потока смешанного хладагента в межтрубном пространстве витых теплообменников

Разработка технологии

методик расчета

и конструирования

оборудования

Изготовление и испытание опытных образцов

Масштабирование технологии и оборудования

ОСНОВНЫЕ

КРИОГЕННЫЕ

ТЕПЛООБМЕННИКИ

КОМПРЕССОР СМЕШАННОГО

КРИОГЕННЫЕ НАСОСЫ

СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ f . И НАЛИВА СПГ

2016

НИОКР создания российской технологии и оборудования СПГ

2021

Рис. 2. Создание российской технологии получения СПГ

• исследование теплообменных процессов;

• разработка каталитических систем и перспективных адсорбентов;

• газовая динамика;

• математическое моделирование технологических процессов;

• создание системных и приклад -ных программных продуктов для решения многокритериальных оптимизационных задач;

• развитие суперкомпьютерных технологий;

• оптимизационное планирование опытно-экспериментальных работ.

Основное прикладное применение разработок в рамках этих научных направлений мо-

жет быть осуществлено при ре -ализации крупных наукоемких проектов, работа по которым разворачивается в настоящее время (рис. 1).

Наиболее перспективные проекты ПАО «Газпром» связаны с производством сжиженного природного газа (СПГ), переработкой и шельфовой добычей. Это Юж-но-Киринское месторождение, Амурский ГПЗ, заводы СПГ и др. Именно при реализации этих проектов требуется проведение большого количества научно-исследовательских и конструкторских работ, разработка принципиально новых научных подходов.

Создание отечественной технологии и промышленных

образцов оборудования производства СПГ осуществляется в соответствии с Дорожной картой, утвержденной Председателем Правления ПАО «Газпром» А.Б. Миллером. Основной задачей является создание отечественной технологии крупнотоннажного производства СПГ (рис. 2).

Фактический опыт применения российского оборудования для производства СПГ ограничен. Есть критические позиции оборудования, которое невозможно произвести в настоящее время на заводах Российской Федерации, - это теплообменники цикла сжижения, системы налива и хранения СПГ и т.д.

ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННЫЕ СПЕЦИАЛИСТЫ

ПО РАЗРАБОТКЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ И СОЗДАНИЮ ОБОРУДОВАНИЯ СПД

ПО ПРОИЗВОДСТВУ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ СПД В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ, СТРОИТЕЛЬСТВУ МОНТАЖУ И ПУСКО-НАЛАДОЧНЫМ РАБОТАМ СПД

ЭКСПЛУАТАЦИЯ, СЕРВИС И КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ СПД

ТЕМПЛЕТ С МАНИФОЛЬДОМ

ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПОДВОДНАЯ ФОНТАННАЯ АРМАТУРА С ШТУЦЕРНЫМ МОДУЛЕМ

ШЛАНГОКАБЕЛЬ

ПОДВОДНАЯ СЕПАРАЦИОННАЯ УСТАНОВКА

ПОДВОДНАЯ НАСОСНАЯ

Рис. 3. Основные элементы систем подводной добычи

На первом этапе работ будут созданы промышленные российские технологии и оборудование для среднетоннажного производства СПГ, что послужит основой для масштабирования результатов работ с целью перехода к созданию российских крупнотоннажных производств СПГ мощностью более 1 млн т в год.

В рамках разработки и развития проектов по СПГ предусмотрен ряд научно-исследовательских работ. В частности, на специально создаваемых опытно-экспериментальных стендах планируется провести исследования процессов теплообмена с кипением-конденсацией смешанного хладагента на пучках труб, а также конструкций распределителей потока смешанного хладагента в межтрубном пространстве витых теплообменников.

Одной из наиболее технически сложных задач является разработка отечественной технологии подводной добычи углеводородов. В результате этой работы не -обходимо создать управляемый комплекс добычи и подготовки продукции к транспорту с высочайшими характеристиками

надежности и безопасности, полностью расположенный под водой. При этом следует отметить комплексность направления и отсутствие российского опыта в проектировании, изготовлении и монтаже систем подводной добычи и устьевого оборудования. По сути, это отдельное важнейшее направление в производстве высокотехнологичного оборудования.

По данным Федерального агентства по недропользованию, в настоящее время ПАО «Газпром» является лидером по количеству лицензий на добычу полезных ископаемых на шельфе со сроком использования до 2045 г. (26% всех выданных в Российской Федерации лицензий). Пилотные проекты «Газпрома» - Кирин-ское и Южно-Киринское месторождения, расположенные на шельфе острова Сахалин. В число основных месторожде -ний, которые предстоит освоить Обществу, входят также Обское, Каменномысское-море, Севе-ро-Каменномысское, Тота-Яхин-ское и др.

Необходимо отметить, что системы подводной добычи являются составной частью большого

единого блока освоения морских месторождений, включающего также суда обеспечения, оборудование для разведочных работ, запчасти и комплектующие, оф -шорную авиацию, аварийно-спасательное обеспечение.

В состав систем подводной добычи входит целый ряд технически сложных комплексов оборудования: подводная фонтанная арматура, манифольды, сепарационные установки, шлан-гокабели и т.д. (рис. 3).

В настоящее время освоение Киринского месторождения ведется с использованием оборудования одного из лидеров в производстве оборудования для подводной добычи углеводородов - компании FMC Technologies. К лидерам рынка можно отнести также GE Oil&Gas и Aker Solutions. Опыт производства оборудования имеется у ряда компаний Бразилии, Китая, Сингапура.

Перед «Газпромом» стоит зада -ча разработки и внедрения отечественного оборудования при реализации проектов, связанных с добычей углеводородов на шельфе, включая создание конкурентной среды, стимулирование инноваций, минимизацию рисков, сокращение сроков

Перечень технологических направлений для разработки программ импортозамещения с закреплением по лидерам

№ п/п Направление Лидер разработки Программы импортозамещения

1 Катализаторы гидроочистки

2 Катализаторы гидрокрекинга ПАО «Газпром нефть»

3 Катализаторы каталитического крекинга

4 Катализаторы риформинга ОАО «НК «Роснефть»

5 Катализаторы изомеризации

6 Катализаторы для процессов деароматизации ПАО «Башнефть»

7 Катализаторы для производства водорода

8 Катализаторы газохимии ПАО «Газпром»

9 Катализаторы нефтехимии ПАО «СИБУР»

10 Регенерация/ реактивация катализаторов

11 Присадки для масел и топлив ПАО «Лукойл»

12 Катализаторы для производства масел

разработки. Создаваемое оборудование должно выдерживать конкуренцию на мировом рынке.

Несомненно, такие комплексы являются сложными техническими системами. В процессе их соз -дания потребуется разработка новых материалов, технологий и оборудования, причем в очень ограниченные сроки.

Актуальной задачей является подготовка высококвалифи-

цированных специалистов по разработке конструкторской документации, проектированию, монтажу, пусконаладке и эксплуатации систем подводной добычи.

Чрезвычайно актуальной является задача организации производства отечественных катализаторов в связи с тем, что по многим направлениям за -висимость промышленности от

импортных катализаторов превышает 70-80%. Под руководством Министерства энергетики и Министерства промышленности и торговли Российской Федерации с участием «Газпрома» и других лидеров нефтегазового комплекса разворачивается работа по замещению импортных катализаторов отечественными.

Экспертная группа Научно-технического совета по развитию нефтегазового оборудования при Минпромторге по направлению «Технологии производства катализаторов и присадок» определила перечень технологических направлений для разработки программ импортозамещения с закреплением по лидерам (табл.).

По итогам работы экспертной группы сформированы программы импортозамещения и дорожные карты по ука -занным направлениям. Проработка программ показала, что потребность российского рынка катализаторов может быть удовлетворена за счет отечественных производителей: ПАО «Газпром», «Газпром нефть», «Роснефть» и др.

Производительность

млрд м3 метана

Амурский ГПЗ все ГПЗ России

£

СП

САМЫЙ МОЩНЫЙ ГПЗ В РОССИИ

Общая производительность - 49 млрд м3 газа в год

38 2,8

млн т этана

СЭ □а

сэ □а

со

сэ о_

Гелий-азотная смесь

СЭ □а

сэ □а

со

сэ

ШФЛУ

дм

Рис. 4. Значение создающегося Амурского ГПЗ для газовой отрасли РФ

Рис. 5. Применение суперкомпьютерных технологий

В качестве примера реализации проектов по производству катализаторов и присадок можно отметить Омский нефтеперерабатывающий завод. Планируется на базе этого завода создать Кластер процессов нефтепереработки. Основными направлениями данного производства будут катализаторы гидроочистки, гидрокрекинга, каталитического крекинга. Производительность завода составит 21 тыс. т продукции в год.

Одним из высокотехнологичных проектов является создание Амурского ГПЗ, который станет крупнейшим в России и одним из самых больших в мире предприятий по переработке природного газа (рис. 4). Его проектная мощ -ность составит до 49 млрд м3 газа в год. В состав ГПЗ также войдет крупнейшее в мире производство гелия - до 60 млн м3 в год.

Амурский ГПЗ - важное звено технологической цепочки поставки природного газа в Китай по «восточному» маршруту в рамках крупнейшего в истории контракта. На завод по газопроводу «Сила Сибири» будет поступать многокомпонентный газ Якутского и Иркутского центров газодо -

бычи, которые ПАО «Газпром» создает в рамках Восточной газовой программы. На ГПЗ из газа будут выделяться этан, пропан, бутан, пентан-гексановая фракция и гелий - ценные компоненты для газохимической и других отраслей промышленности.

Чрезвычайно актуальной задачей является разработка суперкомпьютерных технологий и отечественного программного обеспечения. Эти разработки необходимы для решения задач по проектированию крупных про -изводственных комплексов, оптимизации схем разработки месторождений, оптимизации схем транспортировки газа и т.д. Особо важное место суперкомпьютерные технологии должны занять при моделировании, проектировании и освоении месторождений (рис. 5).

Помимо достаточно масштабных задач, которые газовой отрасли предстоит решить в ближайшее время, необходимо создание, совершенствование и развитие целого ряда технологий, которые можно условно назвать локальными, но значимость их тоже достаточно вы -сока. К таким проектам можно

отнести разработку мобильных компрессорных установок, снарядов-дефектоскопов для диагностики газопроводов с неравнопроходным сечением, оборудования для контактной сварки и эффективного нераз-рушающего контроля и т.д.

В качестве иллюстрации решений, связанных с такими техно -логиями, на рис. 6 представлены задачи, которые необходимо ре -шить в минимально возможное время в области газотурбинных приводов газоперекачивающих агрегатов.

Неотъемлемой частью внедрения нового оборудования и технологий являются их испытания.

К основным задачам отраслевых испытательных центров относятся:

• отработка технических требований к новым технологиям, оборудованию, техническим устройствам;

• разработка и экспериментальная проверка новых методов и технологий;

• сравнительные испытания отечественных видов продукции и их зарубежных аналогов;

• ресурсные испытания оборудования, трубной продукции

Проведение в условиях негативной санкционной политики ремонта импортных газотурбинных установок: ROLLS-ROYCE TRENT 60 DLE, RB211 SIEMENS SGT 600 GEMS5002E

ОРГАНИЗАЦИЯ И ВЫПОЛНЕНИЕ НИОКР С ЦЕЛЬЮ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ

Т

Выполнение в рамках НИОКР обратного инжиниринга, разработки конструкторской и технологической документации, проведение испытаний

Привлечение отечественных научно-исследовательских подразделений, высокотехнологичных производств с современным оборудованием

Освоение передовых технологий производства высокотехнологичных элементов для проведения ремонта импортных ГТУ

Освоение технологии производства и восстановительного ремонта малоэмиссионных камер сгорания, в том числе восстановление теплозащитного керамического покрытия

Рис. 6. Основные задачи в области газотурбинных приводов ГПА

и конструктивных элементов для определения их работоспособности и продления срока службы;

• сертификация новых материа -лов, оборудования и технологий, применяемых при строительстве, ремонте, реконструкции и диагностировании объектов Единой системы газоснабжения.

В настоящее время испытательные полигоны и стенды функцио -нируют в 20 дочерних обществах

ПАО «Газпром». Однако создание новых технологий, материалов и оборудования предопределяет необходимость не только развития существующих, но и создания новых испытательных центров, прежде всего для испы -тания и внедрения новых техно -логий (рис. 7). В первую очередь необходимо развивать центры по приоритетным направлениям: подводной добыче углеводородов, СПГ, газоперекачивающе-

му оборудованию, очистке газа с применением абсорбционной и мембранной технологий и т.д. Важнейшими задачами здесь яв -ляются оптимальное планирование опытно-экспериментальных работ, моделирование технологических, физических и других процессов, корректное применение эффекта масштабирования результатов опытных работ. Кроме того, создание и развитие испытательных центров должны

Отработка технических требований к новым технологиям, оборудованию, техническим устройствам

Разработка и экспериментальная

проверка новых методов и технологий

Сравнительные испытания отечественных видов продукции и их зарубежных аналогов

Ресурсные испытания для определения работоспособности и продления срока эксплуатации

Сертификация новых материалов, оборудования и технологий

Рис. 7. Основные задачи отраслевых испытательных центров на примере испытательных стендов для ГПА

УРОВНИ СИСТЕМЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ ■ СТРУКТУРА ТК 23

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

МТК 523 «Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа» возглавляет ПАО «Газпром»

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ТК 23 «Нефтяная и газовая

промышленность» возглавляет ПАО «Газпром»

КОРПОРАТИВНЫЙ

Система стандартизации ПАО «Газпром» руководящий орган - Департамент ПАО «Газпром» (П.В. Крылов)

4

[ШПР1Н

Председатель - ПАО «Газпром»

С*

Заместитель Председателя ТК Росстандарт

& Заместитель Председателя ТК

Транснефть ОАО «АК «Транснефть»

I ГАЗПРОМ

ПК 1 «Общеотраслевые нормы и правила» ПАО «Газпром»

ПК 2 «Добыча сырой нефти» ОАО «Роснефть»

ПК 3 «Добыча природного газа» ПАО «Газпром»

ПК4 «Газораспределение и газопотребление» ООО «Газпром межрегионгаз»

□ЛУКОЙЛ

ПК 5 «Морская нефтегазодобыча» ПАО «ЛУКОЙЛ»

■А

липни

ПК 6 «Материалы, оборудование для добычи и переработки нефти и газа» ПАО «Газпром»

Г— & —I Транснефть

ПК 7 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов» ОАО «АК «Транснефть»

^ГИМН

ПК 8 «Магистральный трубопроводный транспорт газа» ПАО «Газпром»

ПК 9 «Арктические операции» ПАО «Газпром»

Г- & -I Транснефть

ПК 10 «Строительство

Объектов» НГК ОАО «АК «Транснефть»

Рис. 8. Ведущая роль ПАО «Газпром» в установлении технических требований к продукции нефтегазового комплекса на межгосударственном и национальном уровнях

предусматривать комплексное решение задач по испытаниям конкретного оборудования.

Результаты перспективных исследований для внедрения в производственную деятельность нефтегазовых компаний формулируются в стандартах.

Посредством использования инструментов стандартизации реализуется Единая техническая политика Общества на всех уровнях, от корпоративного до международного. При этом стан -дарты являются инструментом стимулирования промышленного производства.

На рис. 8 показана ведущая роль ПАО «Газпром» в установлении технических требований к продукции нефтегазового ком -плекса на межгосударственном и национальном уровнях.

Общество возглавляет соответствующий Межгосударственный и Национальный технические комитеты по стандартизации. Непосредственно в Обществе успешно функционируют механизмы, заложенные корпоративной системой стандартизации.

Применение стандартов позволяет консолидировать спрос

компаний на отечественную продукцию, увеличить количество возможных поставщиков продукции и обеспечить внедрение новых технических решений в серийное производство. Изготовители получают возможность перейти от выпуска малых партий продукции по требованиям отдельных компаний к крупносерийному производству по требованиям национальных стандартов для всех компаний нефтегазового комплекса.

Продвижение корпоративных стандартов на национальный и межгосударственный уровни открывает рынки сбыта производителям оборудования нефтегазового комплекса в странах СНГ. Межгосударственные стандарты обеспечивают соблюдение обязательных требований технических регламентов Евразийского экономического союза, необходимых для размещения продукции на рынке пяти стран этого союза.

Особо ценным при разработке нормативных документов является использование научного потенциала учебных заведений, научных и производственных ор-

ганизаций. Так, кафедра исследований нефтегазовых пластовых систем РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина разработала ре -комендации по применению перспективного метода наземного гравиметрического мониторинга разработки газовых и газокон-денсатных залежей в комплексе средств контроля разработки газовых месторождений.

Для реализации важнейших направлений развития газовой отрасли, в том числе импорто-замещения, необходимо развитие научных теоретических и экспериментальных разработок и обеспечение подготовки специалистов в ряде наукоемких областей. Прежде всего нужны специалисты по проектированию, строительству, обслуживанию сложных технических объектов.

Задач для творчества, которые можно и нужно эффективно решать, достаточно много. И решать их можно в том числе в рамках подготовки дипломных работ, кандидатских и докторских диссертаций с последующим их внедрением в производственную деятельность. ■