Стоимость верхнего строения (ВС) платформы зависит от региона строительства и выбора верфи-подрядчика, технологии производства работ, графика задействования персонала и техники, выбора поставщиков МТР. Одним из основных способов снижения капитальных затрат на строительство верхнего строения платформы является уменьшение его массогабаритных характеристик. На рисунке 1 приведены статистические данные по зависимости стоимости верхнего строения от его массы в тоннах для выборки из более 800 стационарных и плавучих платформ по всему миру. Коэффициент линейной корреляции Пирсона для выборки составляет 0,91, что говорит о сильной линейной взаимосвязи данных показателей. Коэффициент детерминации (r2) для степенной аппроксимирующей функции составляет 0,94.
Сокращение массогабаритных характеристик ВС может быть достигнуто применением более современного компактного технологического оборудования, совершенствованием технологий проектирования и строительства, а также изменением самой концепции и функционала платформы. Тем самым возможно создать потенциал для достижения требуемых показателей экономической эффективности морских проектов.
Цель исследования: сформировать основные подходы к оптимизации верхних строений морских нефтегазопромысловых платформ.
Задачи исследования:
· проанализировать состояние изученности вопросов оптимизации массогабаритных характеристик ВС;
· определить наиболее существенные критерии оптимизации;
· составить предварительный перечень способов оптимизации массогабаритных характеристик верхних строений МНГС.
Состояние изученности вопроса
Вопросы разработки оптимальных конструкций морских нефтегазопромысловых сооружений в своих работах рассматривали Мирзоев Д.А., Богатырева Е.В., Никитин Б.А. [5], Мирзоев Ф.Д. [4], Бородавкин П.П. [2].
Бородавкин П.П. описывает подходы к проектированию компоновок верхних строений следующим образом, разделяя процесс на 7 шагов, включающих в себя составление технологической схемы, определение состава оборудования и систем с определением необходимых площадей для их размещения и оптимизацию расстановки [2].
В учебном пособии «Методика выбора основного варианта конструкции морских ледостойких платформ» Никитин Б.А., Мирзоев Д.А. и Богатырева Е.В. при выборе оптимального варианта конструкции платформы уделяют особое внимание достаточности информации. Выбор оптимальной конструкции платформы, согласно данной методике, основывается на применении метода экспертных оценок [2, 4, 5].
Критерии оптимальности
Оптимизация подразумевает под собой процесс максимизации выгоды при минимизации расходов. Говоря об оптимизации, нельзя обойти стороной понятие критериев оптимизации, так как задача нахождения оптимального решения всегда должна решаться при заданных критериях.
К основным критериям оптимизации верхнего строения платформы могут относиться:
· функциональная эффективность;
· безопасность эксплуатации;
· экономическая эффективность.
Под функциональной эффективностью проектируемого объекта (платформы) понимается степень соответствия прогнозируемого результата использования этого объекта своему назначению – цели его создания. Процесс оптимизации верхнего строения морской платформы в процессе принятия проектных решений не должен приводить к изменению (в худшую сторону) ее функционала. Например, изменение конструктивного решения для бурового модуля не должно оказывать отрицательное влияние на темпы ввода скважин, разработку месторождения и т.п., а изменения в технологическом комплексе не должны повлечь за собой снижение качества подготовки продукции и так далее. Таким образом, одним из критериев оптимизации будет являться сохранение заданного функционала платформы.
Крайне важным аспектом является безопасность процесса эксплуатации морской платформы. Изменение конструктивных и компоновочных решений не должно повлечь за собой повышение промышленной опасности на объектах морского обустройства, в особенности в тех случаях, когда принимаемое решение противоречит существующей нормативно-законодательной базе и требует разработки и согласования специальных технических условий (СТУ). Таким образом, вторым критерием оптимизации будет являться безопасность эксплуатации предлагаемого технического решения.
Основным критерием оптимальности предлагаемых решений, будет являться экономическая эффективность, так как именно этот показатель является ключевым при принятии инвестиционных решений. Стоит, однако, отметить, что количественно оценить экономическую эффективность оптимизационного решения можно только на примере конкретного проекта в рамках конкретной финансово-экономической модели.
Таким образом, оптимальным будет являться решение, позволяющее достичь наибольшего экономического эффекта при недопущении снижения функциональной эффективности и безопасности производственного объекта.
Влияние массогабаритных характеристик морских платформ на экономическую
эффективность проектов обустройства
Экономическая эффективность проектов морских месторождений зависит во многом от капитальных затрат на строительство объектов обустройства, значительную часть которых составляют затраты на строительство морских стационарных платформ. Структура капитальных затрат на строительство верхнего строения платформы укрупненно может быть представлена следующим образом:
· проектно-изыскательские работы (инженерные изыскания, pre-FEED / ОТР, FEED / ПД);
· детальное проектирование (РКД);
· управление проектом и строительством;
· страхование;
· закупка материально-технических ресурсов (оборудование, материалы и т.п., включая логистику);
· модернизация/подготовка верфи;
· строительство (включая изготовление модулей, монтаж оборудования и трубопроводов и т.д.);
· пусконаладочные работы на верфи;
· интеграция с опорным основанием на верфи/в море;
· достроечные и пусконаладочные работы в море.
Изменение массогабаритных характеристик платформы оказывает наибольшее влияние на следующие позиции данной разбивки:
- Закупка материально-технических ресурсов:
· уменьшение массогабаритных характеристик платформы влечет за собой снижение массы основных и второстепенных металлоконструкций, сокращение протяженности трубопроводов и кабелей, что снижает капитальные затраты на закупку соответствующих материалов;
· применение современного и компактного оборудования может повлечь за собой уменьшение количества закупаемых единиц оборудования, а также снизить затраты на единицу оборудования.
- Строительство: оценка стоимости строительства функциональных модулей морских нефтегазопромысловых платформ зачастую определяется через трудозатраты на строительство и удельную стоимость человека-часа по видам производимых работ. Для определения трудозатрат на строительство морских стационарных платформ в отечественной практике проектирования применяется руководящий документ «ГКЛИ.3210-240-2006. РД. Плавучие и ледостойкие стационарные платформы. Нормативы трудоемкости постройки». Согласно представленной в документе методике, трудоемкость строительства по видам работ определяется исходя из нагрузки масс по позициям верхнего строения морской нефтегазопромысловой платформы через удельные трудоемкости по типам работ (механомонтаж, трубомонтаж, изготовление и т.п.). Таким образом, трудоемкость и, как следствие, стоимость строительных работ напрямую зависит от массы верхнего строения нефтегазопромыслового сооружения.
- Интеграция верхнего строения и опорного основания: в зависимости от типа опорного основания и массы верхнего строения могут быть рассмотрены различные способы и площадки их интеграции. Крупные и тяжелые верхние строения морской платформы могут создавать ограничения для совместной буксировки опорного основания и верхнего строения в сборе (стоит, однако, отметить, что способ транспортировки и установки платформы зависит не только от верхнего строения, но и от конфигурации опорного основания). Отдельная транспортировка верхнего строения и опорного основания и их интеграция наплаву или на точке эксплуатации требует привлечения большего количества флота и, как следствие, приводит к удорожанию морских операций.
- Модернизация/подготовка верфи: строительство крупнотоннажных и крупногабаритных модулей верхнего строения морской стационарной платформы может потребовать существенной модернизации судостроительного предприятия в части наличия крытых цехов для сборки и окраски металлоконструкций, обеспечения достаточной несущей способности площадки, наличия грузоподъемной техники и плавтехсредств, а также наличия достаточных площадей крытого хранения МТР. Снижение массы и размера верхнего строения платформы позволяет расширить диапазон рассматриваемых для строительства верфей и потенциально исключить или сократить их дорогостоящую модернизацию (однако стоит отметить, что в той же мере требования к модернизации судостроительных мощностей зависят от выбранного способа строительства).
Конечно, перечисленный выше список не является исчерпывающим, так как размерные характеристики верхнего строения МНГС оказывают комплексное влияние на весь инвестиционный цикл обустройства месторождения, на данном этапе задача состоит в освещении наиболее крупных и существенных статей затрат.
Выше изложены основные статьи затрат, на которые оказывает влияние оптимизация массогабаритных характеристик верхнего строения платформы. Далее стоит перейти к тому, за счет чего возможно этого достичь.
Основные пути оптимизации массогабаритных характеристик верхних строений платформы
В процессе исследования предварительно были выделены следующие пути оптимизации верхних строений морских нефтегазопромысловых платформ:
· оптимизация бурового комплекса;
· оптимизация технологического комплекса платформы;
· оптимизация модуля хранения и отгрузки углеводородов;
· оптимизация жилого модуля платформы;
· оптимизация средств доставки персонала и грузов на платформу;
· выбор оптимальной технологии строительства верхнего строения платформы;
· отказ от определенных систем платформы с разработкой и согласованием СТУ;
· серийное производство унифицированных модулей ВС.
Оптимизация бурового комплекса платформы
Стационарный буровой комплекс является одним из самых крупных и дорогостоящих модулей, размещаемых на верхних строениях МНГС (может достигать массы более 5 тыс. тонн). Предварительно в качестве оптимизационных решений может быть рассмотрено изменение технического решения для проведения буровых на:
· кантилеверное бурение с СПБУ;
· применение модульных буровых установок.
Основным преимуществом отказа от стационарного бурового комплекса в пользу бурения с привлечением СПБУ является значительное снижение капитальных затрат на строительство платформы. Капитальные затраты на строительство буровой установки трансформируются в затраты на фрахт СПБУ, осуществляемый на гораздо более поздней стадии обустройства. Таким образом, за счет смещения затрат ближе к старту добычи и сокращения капитальных вложений экономическая эффективность проекта значительно возрастает. Однако данный способ имеет ряд ограничений, связанных прежде всего с природно-климатическими условиями и глубиной моря в точке постановки платформы.
Применение модульных буровых установок сочетает в себе преимущества СПБУ в части трансформации CAPEX в OPEX, при отсутствии недостатков с точки зрения применимости. Модульная буровая установка монтируется на верхнем строении МНГС, после окончания буровых работ производится ее демонтаж. Кроме того, к преимуществам применения можно отнести компактность и меньшее число привлекаемого в процессе бурения персонала в сравнении с СПБУ По результатам технико-экономических расчетов, представленных в [3], применение модульных буровых установок эффективнее строительства стационарного бурового модуля в следующих случаях:
· при длительности программы бурения до трех лет, если принята ставка дисконтирования 10 %;
· при длительности программы бурения до 7 лет, если принята ставка дисконтирования 15 %;
· при неограниченной длительности программы бурения, если принята ставка дисконтирования 20 % [3].
Оптимизация технологического комплекса платформы
Массогабаритные характеристики технологического комплекса в составе платформы могут быть значительно сокращены за счет:
· компоновки технологического и вспомогательного оборудования по скидам;
· применения современных, более компактных моделей оборудования;
· переноса части функционала комплекса на береговую инфраструктуру;
· совершенствования традиционных технологических схем подготовки продукции;
· изменения схем расположения оборудования на палубах верхнего строения.
Одним из оптимизационных решений, уже нашедших применение на морских платформах, является установка двух компрессорных модулей на одном рабочем валу по формату «спина к спине». Данный способ позволяет значительно сократить занимаемые компрессорами площади.
Оптимизация модуля хранения и отгрузки
Верхние строения морских платформ, функционал которых подразумевает хранение жидких углеводородов, имеют в своем составе вспомогательные системы, обеспечивающие работу системы хранения, например – система очистки маслонефтесодержащей воды для реализации «мокрого» хранения (пример: МЛСП Приразломная).
Совершенствование способов хранения углеводородов может позволить оптимизировать состав вспомогательных систем. В качестве одного из вариантов может быть рассмотрено применение эластичных резервуаров для хранения жидких углеводородов без разделительной среды (будь то вода или инертный газ), описанное в работе [1]. Данная концепция предполагает размещение под водой на морском дне или непосредственно в корпусе опорного основания полусферических резервуаров из полимерного материала.
При откачке из хранилища нефти освободившийся в полусфере объем заполняется морской водой. Нефть и морская вода при этом разделены непроницаемой тонкостенной мембраной.
Данный тип хранения обеспечивает значительное сокращение массы трубопроводов вспомогательных систем на верхнем строении МНГС, а также позволяет отказаться от технологических систем, которые размещаются на верхнем строении при реализации сухого/мокрого способов хранения.
Оптимизация жилого модуля
Разработка подходов к оптимизации количества обслуживающего персонала на платформе, автоматизация технологических процессов может создать потенциал к сокращению массогабаритных характеристик жилого модуля МНГС.
Отдельно стоит отметить, что массогабариты жилых модулей платформ зависят не только от вместимости и количества койко-мест, но и от «уровня комфорта», т.е. количества человек в каюте. В российской практике жилые модули платформ предусматривают двухместные каюты для большей части рабочего персонала и несколько одноместных кают для руководящего состава. Однако в мире применяются как одноместные, так и четырехместные каюты для размещения персонала платформы.
Ввиду невысокой степени насыщения жилого модуля оборудованием и системами, а также малой массы переменных грузов металлоконструкции жилых модулей последнее время зачастую изготавливаются из алюминия вместо стали, что позволяет существенно сокращать массу ЖМ при сохранении общей площади жилых / бытовых помещений.
Оптимизация средств доставки грузов и персонала
Одним из потенциальных вариантов оптимизации ВС может являться отказ от вертолетной площадки. Доставка персонала на платформу может осуществляться судами снабжения, оснащенными системой walk-to-work. Данная система представляет собой переходный мост с системой компенсации вертикальной качки.
Оптимизация состава систем верхнего строения
Сокращение массогабаритных характеристик МНГС также может быть достигнуто за счет исключения определенных систем из состава верхнего строения. Стоит, однако, учесть, что принятие подобных решений возможно только при проведении тщательного анализа вопросов безопасности платформы, а также при разработке и согласовании специальных технических условий.
Оптимизация способов изготовления
Массогабаритные характеристики верхних строений МНГС зависят не только от состава и компоновки оборудования, но и от способа изготовления – модульное, крупномодульное или интегрированное строительство. Однако стоит отметить, что способ строительства оказывает влияние не только на размер сооружения, но и на сроки его строительства, что также влияет на стоимость МНГС. Данный вопрос требует отдельной проработки в области оценки и сравнения эффектов от увеличения скорости строительства и уменьшения массогабаритных характеристик ВС.
Заключение
Главным целевым показателем при обустройстве месторождений углеводородов, будь то шельфовые или наземные участки, является экономическая эффективность проекта. Обустройство морских месторождений является крайне капиталоемкой и технически сложной задачей, в связи с чем вопросы поиска рациональных технических решений не теряют своей актуальности.
Целью данного исследования являлось определение основных подходов к оптимизации верхних строений морских платформ. Для решения поставленной цели в рамках данной работы:
· проведен анализ отечественных и иностранных исследований по вопросу проектирования оптимальной конструкции МНГС;
· проведена качественная и статистическая оценка влияния массогабаритных характеристик ВС МНГС на стоимость строительства;
· разработан предварительный перечень оптимизационных решений для верхних строений МНГС.
Литература
1. Бесхижко Ю.В., Бесхижко В.В., Ермаков А.И. Оптимизация архитектуры системы объектов добычи углеводородов с использованием подводных добычных комплексов. Частный случай. PROНЕФТЬ. Профессионально о нефти. 2022;7(3):96–105.
2. Бородавкин П.П. Морские нефтегазовые сооружения: Учебник для вузов. Часть 1. Конструирование. / П.П. Бородавкин – М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2006. – 555 с.
3. Каменский Г.А., Резанов К.С., Зубков С.К., Дряхлов В.С. Модульные буровые установки для повышения эффективности добычи на шельфе. Деловой журнал Neftegaz.RU 1 (133), 2023, с. 46–51.
4. Мирзоев Д.А. Основы морского нефтегазопромыслового дела: В 2 томах. – Т. 2: Морские нефтегазопромысловые инженерные сооружения – объекты обустройства морских месторождений: Учебник. – М.: Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина, 2015. – 286 с.
5. Никитин Б.А., Мирзоев Д.А., Е.В. Богатырева Методика выбора основного варианта конструкции морских ледостойких платформ: Учебное пособие. – М.: РГУ нефти и газа, 2005 – 21 с.
