CC BY
84
УДК 629.124.68
Д. А. Пичугин, М. П. Петров, В. Н. Лубенко
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ И СОСТАВА ФЛОТА СУДОВ СНАБЖЕНИЯ МОРСКИХ БУРОВЫ1Х УСТАНОВОК НА СЕВЕРНОМ КАСПИИ
Введение
Нефтегазопромысловый флот (НГПФ) отличается от транспортного и рыбопромыслового сложностью структуры и включает в себя около шестидесяти типов одноцелевых судов, а при совмещении функций - более ста [1].
Решение задачи проектирования НГПФ включает в себя два этапа. Первый этап - это решение внешней задачи проектирования, касающейся выбора количественного и качественного состава НГПФ с учетом влияния внешней среды (гидрометеоусловия и инфраструктура месторождений), диапазона изменения параметров судов, входящих в состав НГПФ, и др. Второй этап - решение внутренней задачи проектирования - определение основных характеристик судов НГПФ.
В настоящей статье рассматривается организация и планирование работы судов снабжения, входящих в состав НГПФ.
Для определения состава комплекса судов снабжения морских буровых установок (МБУ) необходимо определить физическую модель функционирования флота. Под физической моделью подразумеваются следующие две основные схемы рейсовой работы судов снабжения: челночная (одно судно за один рейс выполняет одну рабочую операцию на одном объекте) и линейная (одно судно за один рейс выполняет одну или несколько рабочих операций на нескольких объектах).
Рейсовые схемы работы судов представлены на рисунке.
- движение при линейной схеме ^----движение при челночной схеме
Рейсовая работа судов снабжения
Количество судов снабжения должно удовлетворять двум основным условиям:
- непрерывность производственного процесса на МБУ;
- восстановление автономности МБУ после завершения цикла снабжения.
Выполнение условия непрерывности обеспечивается суммарной провозной способностью
судов снабжения, которая должна превышать массу грузов, потребляемых на МБУ.
Условие восстановления автономности удовлетворяется суммарной грузоподъемностью судов снабжения, превышающей суммарную массу грузов для поддержания автономности МБУ.
Количество судов снабжения, исходя из условия непрерывности производственного процесса на МБУ, определяется выражением, одинаковым для челночной и линейной схем рейса:
(
N = ей
дТс
сум
К Рг
+1
(1)
где ей (...) - целая часть числа Х без округления; д = Ррз/А - скорость потребления запасов МБУ, т/ч; Ррз - масса расходуемых запасов на МБУ, т; А - автономность МБУ, ч; Тсум - суммарное время рейса судна, ч; Кг = Р/Рг - коэффициент использования грузоподъемности судна снабжения; Р - суммарная масса грузов, принятая на судно в рейсе, т; Рг - чистая грузоподъемность судна, т.
При снабжении группой однотипных судов снабжения нескольких МБУ, имеющих одинаковую автономность, потребное количество этих судов определяется по формуле
N = ей
сум
+1
(2)
Время рейса при челночной схеме складывается из следующих основных операций:
1. Работа в порту (загрузка судов, смена экипажа, оформление документации, отшвартов-ка и выход из порта и т. п.).
2. Переход к МБУ.
3. Маневрирование и подход к МБУ.
4. Разгрузка и погрузка у МБУ.
5. Отход от МБУ.
6. Переход в порт.
7. Вход в порт и швартовка.
При линейной схеме рейса суммарное время состоит из следующих этапов:
1. Работа в порту (загрузка судов, смена экипажа, оформление документации, отшвартов-ка и выход из порта и т. п.).
2. Переход к МБУ-1.
3. Маневрирование и подход к МБУ-1.
4. Разгрузка и погрузка у МБУ-1.
5. Отход от МБУ-1.
6. Переход к МБУ-2.
7. Маневрирование и подход к МБУ-2.
N - 5). Переход к /-й МБУ.
N - 4). Маневрирование и подход к /-й МБУ.
N - 3). Разгрузка и погрузка у /-й МБУ.
N - 2). Отход от /-й МБУ.
N - 1). Переход в порт.
N. Вход в порт и швартовка.
Количество судов снабжения, необходимое до полного восстановления автономности МБУ, определяется выражениями:
- при челночной схеме рейса:
(
N = ей
дА„
\
Кг Рг
-+1
(3)
при линейной схеме рейса:
(
N = ей
КдАп
+ 1
КР
V гР г J
(4)
где Ат - автономность, наибольшая для множества МБУ; К - количество МБУ, снабжаемых судном за один линейный рейс.
При линейной схеме рейса условие восстановления автономности МБУ является необязательным, и количество судов снабжения определяется по выражению (1) или (2).
При челночной схеме рейса количество судов снабжения определяется выражением (4) и по выражению (3) проверяется условие непрерывности процесса на МБУ, т. е. искомое количество судов равно наибольшей из величин, рассчитанных по (1) и (4).
При снабжении МБУ в замерзающих закрытых морях необходимо за минимальное время восстановить ее автономность. Задача снабжения может быть решена по двум вариантам:
1. Создание судна снабжения ледокольного класса, грузоподъемность которого близка к суммарной массе запасов, обеспечивающей автономность МБУ.
2. Использование судов снабжения с ледовым подкреплением для транспортировки грузов на МБУ, при этом рейс проводится в сопровождении ледокола.
Для определения главных размерений судов снабжения используется методика, основанная на анализе и систематизации статистических данных, приведенных в [2].
Дедвейт современных судов снабжения составляет 70-75 % от их полного водоизмещения. Палубный груз достигает 70 % дедвейта судна. Таким образом, по заданной массе груза можно приблизительно оценить максимальное водоизмещение судов снабжения: Огр ~ 2,04 Ргр. Данная величина является средней для рассматриваемого типа судов. Масса груза принимается равной полному количеству грузов для снабжения буровой установки, исходя из ее автономности.
Используя зависимости главных размерений от водоизмещения и грузоподъемности, приведенные в вышеуказанной методике, можно определить в первом приближении основные параметры судов снабжения. Так, для эксплуатирующейся на Северном Каспии ледостойкой стационарной платформы масса груза принимается равной полному количеству грузов снабжения буровой установки в автономном режиме и составляет 2 676 т. В этом случае водоизмещение судна при полной загрузке равно 5 459 т. Коэффициент общей полноты 5 для современных судов снабжения находится в диапазоне 0,60-0,68. По графикам, приведенным в вышеупомянутой методике, можно определить в первом приближении основные параметры рассматриваемого типа судов, которые составляют: длина L = 79,5 м, ширина В = 18 м, осадка Т = 6,5 м, высота борта Н = 8 м.
Нами рассмотрено три варианта расположения порта для базирования судов НГПФ, состоящего из собственно базы нефтепромыслового флота и базы ремонта и технического обслуживания судов. Эти базы могут быть построены только на открытом морском побережье и потребуют значительных капитальных вложений.
Первым из рассмотренных вариантов является создание баз в районе порта Махачкала. Привлекательность этого варианта в значительной степени заключается в том, что имеется возможность использовать часть территории и причалы действующих Нефтяной и Сухогрузной гаваней, особенно при долевом участии заинтересованной стороны в финансировании реконструкции порта и строительстве баз для судов НГПФ.
Второй вариант - это создание баз НГПФ в порту Оля. Однако следует отметить, что здесь, во-первых, может быть создана только сезонная база снабжения морских нефтепромыслов в безледовый период, во-вторых, в порту максимальная глубина достигает 5 м, но глубина в Волго-Каспийском канале поддерживается до 4,5 м, и, следовательно, допустимая осадка судна не должна превышать 4,2-4,3 м. Такие условия накладывают отпечаток на конструкцию судов снабжения, поэтому нами определены главные размерения этих судов для порта Оля.
Ледостойкая стационарная платформа эксплуатируется на море круглый год, следовательно, судно снабжения должно иметь ледовый класс Российского морского регистра судоходства (РМРС) Ice 3 РМРС. Ледовая обстановка накладывает ограничения на ширину судна, т. к. оно должно следовать в канале, проделанном ледоколом. Ледоколы, прокладывающие пути в Каспийском море, имеют максимальную ширину В = 16 м, тогда для судна снабжения максимальная ширина В должна составить не более 15,5 м для беспрепятственного движения в канале с битым льдом без заклинивания корпуса судна между кромками сплошного льда.
При выборе длины судна необходимо учитывать габариты палубного груза, в первую очередь буровых и обсадных труб. Для современных судов снабжения отношение L/B изменяется в интервале от 2,5 до 7,5. При L/B = 5,8 и В = 15,5 м длина судна снабжения составляет L = 90 м. Полученное значение длины не превышает требования РМРС для судов снабжения буровых установок.
Для судов снабжения, перевозящих значительную часть груза на палубе, характерен низкий надводный борт, величина которого даже на больших судах редко превышает 2 м. Отношение Н/Т доходит до 1,65, а в среднем равно 1,22. В нашем же случае для судов снабжения, базирующихся в порту Оля, при Н/Т = 1,3 и максимальной осадке судна Т = 4,2 м высота борта Н составляет примерно 5,5 м.
Обобщая вышеизложенное, получаем следующие характеристики судна снабжения в первом приближении для баз НГПФ в порту Оля: длина Ь = 90 м, ширина В = 15,5 м, осадка Т = 4,2 м, высота борта Н = 5,5 м, коэффициент общей полноты 5 = 0,68, водоизмещение в грузу Др = 3 990 т.
Таким образом, для нормального функционирования МБУ при создании баз в порту Оля необходимо иметь больше судов, чем в глубоководных незамерзающих портах.
Расстояния между месторождениями и предполагаемыми базами флота представлены в табл. 1.
Таблица 1
Расстояние между месторождениями и предполагаемыми базами флота
Месторождение Расстояния, км
до порта Махачкала до порта Оля
Хвалынское 214 275
Сарматское 202 224
Широтное 272 259
Результаты расчета необходимого количества судов снабжения с учетом полученных выше размерений приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты расчета потребного (минимального) количества судов снабжения
Количество однотипных МБУ Порт Махачкала Порт Оля
Линейная схема Челночная схема Линейная схема Челночная схема
1 1 1 1 1
2 1 1 1 1
3 1 1 2 1
4 1 1 2 2
5 2 1 3 2
6 2 2 - 3
7 2 2 - 3
Из табл. 2 следует, что создание баз НГПФ в порту Оля потребует большего количества судов снабжения, чем создание аналогичных баз в порту Махачкала.
Третий возможный вариант базирования НГПФ - это создание порта на искусственном острове, которое сопряжено с наибольшими капиталовложениями при любых условиях. Положительные стороны данного варианта обусловлены следующими соображениями:
— независимость в определении стратегии использования и развития базы и порта;
— учет перспектив развития морских нефтепромыслов на Севере Каспия;
— независимость от сложных политических условий в Северо-Кавказском регионе;
— возможность перепрофилирования с учетом потребности в крупном порте вблизи устья р. Волги, не имеющем ограничений по осадке и дедвейту обрабатываемых судов.
Вариант создания баз НГПФ на искусственном острове может рассматриваться как реальная альтернатива базам в районе действующих портов и требует углубленной проработки, особенно в части выбора конкретного места.
Заключение
На начальных этапах разработки нефтегазовых месторождений Северного Каспия линейная схема обслуживания более пяти МБУ из порта Оля нецелесообразна, т. к. требуется не менее трех судов. На более поздних этапах разработки, когда количество необходимого груза будет уменьшаться, возможно применение линейной схемы, но количество необходимых судов будет значительно больше, чем при базировании НГПФ в порту Махачкала.
При базировании НГПФ в порту Оля необходимо ледовое усиление корпусов судов снабжения, что приводит к удорожанию конструкции, увеличению эксплуатационных расходов и уменьшению массы перевозимого груза.
При снабжении МБУ из порта Махачкала не требуются мелкосидящие суда, кроме того, при любой схеме снабжения требуемое количество судов меньше, чем при снабжении этих же МБУ из порта Оля.
Таким образом, при разработке нефтегазовых месторождений на Северном Каспии наиболее рациональным местом размещения баз НГПФ является действующий порт Махачкала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гусейнов Ч. С., Иванцев В. К., Иванцев Д. В. Обустройство морских нефтегазовых месторождений: учеб. для вузов. - М.: Нефть и газ, 2003. - 608 с.
2. Макеев Г. А. Анализ основных характеристик судов обслуживания морских буровых установок // Судостроение. - 2007. - № 5. - С. 14-20.
Статья поступила в редакцию 19.01.2010
THEORETICAL SUBSTANTIATION OF ORGANIZATION OF WORK AND MARINE FLEET STAFF REPLENISHING MARINE DRILLING UNITS ON NORTHERN CASPIAN SEA
D. A. Pichugin, №^. Р. Petrov, V. N. Lubenko
The main schemes of scheduled work of ships replenishing marine drilling units which constitute physical model of oil and gas production fleet functioning are presented. The requirements a number of ships constituting fleet staff should meet are defined; they are continuity of production processes at marine drilling units and restoration of marine drilling unit autonomy after replenishment cycle completion. The methods based on the analysis and systematization of statistic data are chosen, they help to determine at first approaching the main measurements of replenishment ships. The formulas for calculation of the number of replenishment ships are given taking into account the received measurements during fleet location in different ports. Three variants of fleet location, the active ports Olya and Makhachkala and a port on the artificial island, are considered. The most rational place of oil and gas production fleet location is an active port Makhachkala.
Key words: marine drilling unit, replenishment ships, determination of the fleet staff.
