Освоение арктических месторождений нефти и газа является в настоящее время актуальной и своевременной задачей.
Прежде всего, необходимо уже сейчас вести геолого-разведочные работы по теоретически перспективным месторождениям, т.к. в среднем на подготовку месторождения к эксплуатации, особенно в условиях Арктики, тратится от 9 до 12 лет [1]. Для проведения поисково-оценочного и разведочного бурения крайне необходимы различные типы буровых установок, спроектированных и построенных для арктических условий. В дальнейшем возникает необходимость проектирования и постройки стационарных арктических буровых установок для эксплуатационного бурения и добычи нефти и газа.
Одновременно с созданием буровых установок для разведочного и эксплуатационного бурения необходимо создавать флот обеспечивающих судов.
В настоящее время, учитывая санкции и соответственно ограничения при покупке и аренде зарубежной техники, все эти задачи необходимо решать на базе собственных сил и разработок РФ.
Центральное конструкторское бюро «Коралл», входящее в состав АО «ОСК», имеет богатейший, более чем 55-летний опыт проектирования плавучих сооружений для освоения шельфа, в том числе и в замерзающих морях. По проектам ЦКБ было построено:
- около 80 плавкранов и крановых судов с кранами грузоподъемностью от 25 до 1600 т (разработан проект плавкрана г/п 2500 т);
- 13 самоподъемных плавучих буровых установок (СПБУ);
- 8 плавучих полупогружных буровых установок (ППБУ);
- морские стационарные платформы для месторождений северной части Каспийского моря (месторождения им. Ю. Корчагина, им. В. Филановского, им. В.И. Грайфера);
- два верхних строения стационарных платформ для южной части Каспийского моря, Балтийского моря;
- 13 верхних строений стационарных платформ и 9 верхних строений блок-кондукторов для Социалистической Республики Вьетнам.
Конкретно для арктических условий по проекту ЦКБ «Коралл» построен и успешно эксплуатируется с 2008 г. в Печорском море ледостойкий отгрузочный причал Варандей.
Также ЦКБ участвовало в проектировании буровых и эксплуатационных супермодулей для морской ледостойкой платформы «Приразломная» (Печорское море).
В настоящее время идет разработка проектной и рабочей документации для ледостойкой стационарной платформы для освоения месторождения Каменномысское-море в Обской губе и заканчивается стадия ОТР для обустройства месторождения Северо-Каменномысское.
Следует также отметить, что в разные годы были выполнены концептуальные проработки различных типов технических средств для освоения арктического и Сахалинского шельфа (рисунок 3).
В настоящее время на основании накопленного собственного опыта, а также изучения мировых тенденций проектирования специалистами ЦКБ «Коралл» разработано несколько концептуальных проектов платформ для поисково-разведочного бурения в условиях Арктики.
Для первоочередного проектирования и строительства предлагаются следующие сооружения:
– ледостойкая плавучая буровая установка с клиновидным корпусом и турельной системой удержания (толщина льда до 1,5 м, глубина моря – до 600–1000 м в зависимости от типа якорной системы);
– винтеризованная трехопорная СПБУ с цилиндрическими опорами, предназначенными для восприятия ледовых воздействий (ровный лед толщиной 0,6–1,0 м, глубина моря до 80 м);
– ледостойкая погружная буровая установка для круглогодичного бурения (толщина консолидированного слоя тороса – 3 м). Установка состоит из двух частей – стальной гравитационной платформы и железобетонной подставки. Стальная платформа обеспечивает бурение при глубине моря до 30 м, железобетонная подставка может быть различной высоты и обеспечивать работу на глубинах до 60 м.
Буровые установки
Ледостойкая плавучая буровая установка с клиновидным корпусом и турельной системой удержания
Для производства бурения на глубинах моря 70–600 м в суровых ледовых условиях на настоящий момент готовые решения отсутствуют. Существующие буровые суда, полупогружные буровые установки могут работать только в полях битого льда небольшой толщины. Создание технического средства, способного выполнять буровые работы при толщинах льда более 1,2 м, является очень актуальной и своевременной задачей. Для таких платформ сложнейшей задачей является удержание на точке бурения и противодействие внешним нагрузкам, из которых самой значительной является ледовая.
В 2013 г. АО «ЦКБ «Коралл» выполнило в полном объеме концептуальный проект ледостойкой плавучей буровой установки (ЛПБУ) клиновидной формы с турелью, предназначенной для бурения разведочных и эксплуатационных скважин длиной до 8000 м в особо сложных условиях глубоководного арктического шельфа Российской Федерации (рисунок 4). Работа выполнена как составная часть ОКР в рамках федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники» на 2009–2016 гг.
Предусматривается корпус с ледовыми усилениями на класс Arc6 по Правилам РС, винтеризация установки на условия расчетной температуры до минус 50 °С.
Режим эксплуатации (выполнение буровых работ) – толщина ровного однолетнего льда 1,5 м.
Режим отстоя – толщина ровного однолетнего льда 2,0 м.
На судне предусмотрена 12-точечная система удержания с традиционными длинными провисающими связями и якорями высокой держащей силы.
Место размещения турели в корпусе выбрано оптимальным, как с точки зрения обеспечения флюгирования установки при воздействии внешних нагрузок, так и с точки зрения защиты райзера и якорных линий от воздействия ледовых образований.
В ходе проектирования платформы были проведены модельные испытания в опытовом бассейне, которые показали, что форма корпуса и возможность флюгирования ЛПБУ при любом направлении дрейфа льда обеспечивают значительное уменьшение ледовых нагрузок.
Обеспечена возможность быстрого отсоединения системы позиционирования и самостоятельного ухода с точки эксплуатации при экстремальном ухудшении внешних условий, а также обратного подсоединения.
Скорость хода ЛПБУ в свободной ото льда тихой воде достигает ~10 узлов, при толщине льда 1,5 м устойчивая скорость хода ~1 узел.
Использование самоподъемных буровых установок в суровых природных условиях морских районов Арктики, в принципе, возможно. В настоящее время продолжается создание концепций СПБУ для ледовых условий, но возможность их круглогодичного применения пока не может быть обеспечена. Для создания по-настоящему ледостойкой СПБУ необходимо решить ряд инженерных задач:
- для транспортировки СПБУ во льдах за ледоколом корпус должен иметь ледовые подкрепления, соответствующие выбранному арктическому классу, но при этом масса корпуса должна быть жестко лимитирована для возможности поднятия над водой;
- опорные колонны СПБУ должны воспринимать ледовую нагрузку, исключать обмерзание и обеспечивать спуск и подъем корпуса при неблагоприятных погодных условиях;
- внешние нагрузки, ледовые и волновые, имеют значительные величины, поэтому необходимо обеспечить устойчивость СПБУ от сдвига и опрокидывания;
- при бурении СПБУ во льдах, на глубинах исключающих применение блок-кондукторов, требуется защита буровой колонны от ледовых воздействий.
Эти и многие другие задачи решались АО «ЦКБ «Коралл» во время работы над проектом СПБУ, предназначенной для бурения скважин глубиной 10 000–12 000 м, при глубине моря от 10 до 80 м и наличии ледовых условий.
Для ледостойкой СПБУ самым важным и одновременно сложным является поиск конструктивного решения по опорным колоннам для обеспечения устойчивости СПБУ на грунте. В ходе проектирования выполнен ряд сравнительных расчетов опор различной конструкции: ферменные треугольные опоры со сторонами 12, 16, 18 м, цилиндрические оболочковые диаметром 6, 8, 10 м. В ледовых условиях предпочтительнее опорные колонны цилиндрической формы. В отличие от опор решетчатой конструкции, цилиндрические опоры лучше прорезают лед, меньше подвержены обледенению и могут выдерживать значительную локальную ледовую нагрузку. Но в период открытой воды цилиндрические опоры испытывают волновую нагрузку, которая при определенных условиях может превышать ледовую. Поиск компромисса между нагрузками и конструкцией цилиндрических опор показал возможность их применения для ледовых полей. В результате три ледостойкие опоры специальной конструкции обеспечивают безопасную работу в следующих условиях:
- глубина моря 30 м – толщина ровного льда до 1,0 м;
- глубина моря 60 м – толщина ровного льда до 0,8 м;
- глубина моря 80 м – толщина ровного льда до 0,6 м (битый лед не более 1,2 м).
Ферменные опоры могут обеспечить работу при открытой воде на глубинах моря 100–150 м, но в части ледостойкости с уверенностью можно говорить только о контакте с полем разреженного битого льда.
У СПБУ предусматривается корпус с ледовыми усилениями на класс Arc6 по Правилам РС, винтеризация установки на условия расчетной температуры до минус 50 °С. Осадка в транспортном положении 4,1 м. Глубина бурения до 12 000 м. Размеры понтона LxBxH – 93,6x95,2x12,0. Масса – 22 400 т.
Строительство возможно осуществить в течение 3,5–4 лет.
В настоящее время вопросы, связанные с проведением поисково-разведочного бурения в круглогодичных ледовых условиях и с расширением диапазона глубин, являются очень актуальными.
Спроектированная ЦКБ «Коралл» буровая установка предназначена для выполнения круглогодичного поисково-разведочного бурения в акваториях с коротким безледовым сезоном или неполным очищением ото льда. Новым конструктивным решением является применение комбинированного сооружения, состоящего из водоизмещающей ледостойкой металлической буровой платформы и железобетонной водоизмещающей подставки, позволяющей расширить диапазон эксплуатационных глубин буровой установки. Важным качеством платформы является ее мобильность, что имеет особую актуальность при проведении разведочного бурения.
Комплекс «стальная БУ + железобетонная подставка» обеспечивает возможность эксплуатации в широком диапазоне глубин (от 8–10 м до 25–30 м самостоятельно БУ и расширение до глубины ~60 м за счет подставки). Глубина бурения до 12 000 м.
Стальная водоизмещающая платформа является самостоятельной частью комплекса и обеспечивается всем необходимым для функционирования в заданный период автономности на глубинах до 25–30 м. Кроме того, водоизмещающая стальная платформа обладает собственной плавучестью, позволяющей выполнять ее буксировку на плаву с установленным верхним строением. При необходимости использования на относительно малых глубинах водоизмещающая стальная буровая установка рассматривается как отдельно функционирующая погружная платформа.
Железобетонная подставка представляет собой простую ячеистую симметричную конструкцию с минимальным количеством систем (балластная и грунторазмыва).
Для обеспечения соосности стальной платформы и железобетонного основания при установке на дно используется система, состоящая из направляющего конуса, конструктивно принадлежащего железобетонному основанию, и ответной улавливающей конструкции стальной платформы (рисунок 9). При этом угол между упомянутыми улавливающей конструкцией и направляющим конусом выбран из условия исключения заклинивания с учетом коэффициента трения между поверхностями контакта.
Корпус погружной стальной буровой установки и железобетонной подставки рассчитан на класс Arc6 по Правилам РС.
Винтеризация стальной погружной установки предусмотрена на условия расчетной температуры до минус 50 °С.
Можно отметить, что перспективным является применение предлагаемого комплекса для эксплуатационного бурения на месторождениях с непродолжительным периодом освоения (небольшими запасами углеводородов / небольшим количеством скважин: 1–4).
Выполнение буровых работ в Арктике с помощью ледостойких буровых платформ требует периодического пополнения технологических запасов. Значительная удаленность береговых баз от арктических месторождений ставит задачи по созданию судов и плавучей базы для снабжения буровых платформ.
Технические средства для обеспечения буровых работ на месторождениях и возможности строительства самих платформ
Назначение – круглогодичное проведение операций по обслуживанию и снабжению в арктических и северных морях, а именно:
- обеспечение морских буровых установок расходными материалами;
- контроль ледовой обстановки;
- постоянное дежурство в зоне платформы в качестве спасательного судна;
- ликвидация разливов нефти;
- ликвидация внешних пожаров на плавучих и стационарных нефтяных платформах;
- обеспечение прохода судов до платформ в ледовой обстановке;
- буксировка плавучих буровых установок и других крупных плавучих объектов.
В 2016 г. АО «ЦКБ «Коралл» разработан эскизный проект плавучей базы комплексного обеспечения буровых работ, предназначенной для эксплуатации в условиях арктического шельфа. Плавучая база имеет усиленный ледовый класс и предназначена для круглогодичного проведения операций по обслуживанию и снабжению платформ в арктических и северных морях с выполнением следующих задач:
- обеспечение морских буровых установок расходными материалами, оборудованием и комплектующими для буровых работ, строительства, производства и прочих операций, перевозка на грузовой палубе 20- и 40-футовых контейнеров международного стандарта, в том числе рефрижераторных контейнеров;
- контроль ледовой обстановки, проведение работ по раскалыванию или расчистке ото льда (в том числе от ледяной крошки), а также с участием ледокола, либо путем размалывания ледяных масс с помощью лопастей судовых движителей;
- постоянное дежурство в зоне платформы в качестве спасательного судна на протяжении всего ледового сезона с обеспечением мест для размещения персонала, эвакуированного с платформы.
Район эксплуатации – арктические моря.
Технический проект трубоукладочного судна для арктических морей был разработан ЦКБ «Коралл» и утвержден в 1993 г.
Можно отметить, что в настоящее время в РФ отсутствуют трубоукладочные суда, предназначенные для работы в сложных климатических условиях на шельфе Арктики. Доработка проекта с использованием современных технологий и практик, а также с учетом более точных данных по возможным условиям эксплуатации такого типа судна, является задачей достаточно перспективной и целесообразной.
АО «ЦКБ «Коралл» обладает опытом проектирования различного типа барж, участвующих в строительстве морских технических средств.
Назначение:
- отгрузка (методом накатки, надвижки, скольжением или грузоподъемными средствами) тяжеловесных крупногабаритных конструкций морских стационарных платформ;
- транспортировка и монтаж верхних строений на опорное основание методом float-over;
- грузоподъемные работы в море.
Уникальная плавсистема, созданная специально для морской операции в Керченском проливе (рисунок 14).
Плавсистема представляет собой два стальных понтона, соединенных в катамаран. На борту есть дизель-гидравлические станции для автономного электропитания всего оборудования и аппаратура для позиционирования, необходимая для обеспечения точности при погрузке и установке арочного пролета.
Технические средства для обеспечения работ по трассе Северного морского пути
Морская промежуточная вертолетная платформа
Платформа разработана совместно с ЦКБ «Рубин» на основе проектов полупогружных платформ (рисунок 15).
Назначение:
- взлет и посадка вертолетов Ми -38;
- базирование и размещение вертолетов в ангаре;
- проведение необходимого технического обслуживания;
- временное проживание транзитных пассажиров, перевозимых вертолетами и судами для обеспечения бесперебойной доставки экипажей на платформы.
Назначение – обслуживание морских газо- и нефтепромыслов в том числе:
- выполнение функций кранового судна с возможностью размещения полезного груза на собственной палубе;
- обеспечение подводно-технических и водолазных работ;
- участие в спасательных операциях при чрезвычайных ситуациях на морских объектах, включая пожаротушение и эвакуацию персонала с аварийных установок.
Плавучие краны
Учитывая необходимость развития портов по всей трассе Северного морского пути – Диксон, Хатанга, Тикси, Певек, порт на Камчатке, потребуется их оснащение самоходными портовыми кранами (рисунок 17).
Для этих целей, по нашему мнению, необходимо построить плавкраны г/п 100–150 т и 400–500 т.
Также перспективным направлением является разработка проекта плавучего самоходного крана с малой осадкой, предназначенного для работ на мелководных участках шельфа, в частности в Обско-Тазовской губе.
Учитывая опыт ЦКБ «Коралл» в проектировании и сопровождении строительства плавучих кранов различной грузоподъемности (рисунок 18), можно с уверенностью сказать, что такие проекты вполне реализуемы. Следует отметить, что в настоящее время в филиале «Севастопольский морской завод» АО «Центр Судоремонта «Звездочка» в процессе постройки находятся два плавкрана, спроектированных в ЦКБ «Коралл» – г/п 400 т для Адмиралтейской верфи (г. Санкт-Петербург) и г/п 700 т для Севмашпредприятия (г. Архангельск).
Заключение
Для освоения месторождений нефти и газа в Российской Арктике уже в настоящее время требуется создание целого комплекса морских буровых установок, в первую очередь для поисково-разведочного бурения, а также обслуживающего морского флота, необходимого для успешной эксплуатации месторождений.
Предлагаемые в данной статье средства для разведочного бурения могут обеспечить производство работ во всем диапазоне глубин арктического шельфа РФ. Работа АО «ЦКБ «Коралл» над проектом ледостойкой СПБУ продолжается, текущие наработки показывают потенциальную осуществимость этой идеи. Построенных ледостойких СПБУ в мире пока не существует, а потребность в таких платформах со временем будет только увеличиваться, подчеркивая перспективность данного направления. Проект ледостойкой плавучей БУ является перспективным для освоения глубоководных месторождений арктического шельфа (диапазон глубин 70–400 м, а при необходимости и более), включает инновационные решения, не имеет прямых аналогов в мире, при этом строительство платформы является вполне осуществимым в современных условиях на российских предприятиях. Проект ледостойкой погружной БУ является перспективным для глубин до 60 м. С одной стороны, в настоящее время в мире отсутствуют мобильные БУ для круглогодичного разведочного бурения для глубин, превышающих 30 м, а с другой – на таких глубинах расположены наиболее перспективные месторождения.
Для обслуживания месторождений всегда необходимы вспомогательные суда различного назначения. В портфеле ЦКБ «Коралл» находятся несколько проектов перспективных к созданию такого типа судов.
Учитывая опыт «Северного потока-2» в части применения санкций и отсутствие отечественных трубоукладочных судов для арктических морей, доработка существующего отечественного проекта представляется целесообразной и необходимой.
Опыт развития современного плавкраностроения показывает возросшую необходимость в проектировании и строительстве плавкранов – в настоящее время для нужд ВМФ строятся 14 плавкранов г/п 100 т. Для освоения Северного морского пути и создания по его трассе портов также потребуются плавкраны различной грузоподъемности – 100–150 т и 400–500 т. Перспективным направлением также является создание плавкрана для выполнения различного типа работ в Обско-Тазовской губе.
В целом можно отметить, что на основе многолетнего и разностороннего опыта ЦКБ «Коралл» по созданию различных типов технических средств, в том числе и для арктических условий, а также имеющейся наработанной базы в виде предпроектных, концептуальных, технических и рабочих проектов, проектирование и строительство вышеперечисленных объектов является практически освоенной и реализуемой задачей. Дело остается за малым – желанием российских нефтегазовых компаний проектировать и строить необходимые объекты в России, а не закупать или брать их в аренду за рубежом, что особенно актуально в текущий момент.
В России можно успешно проектировать всю номенклатуру средств освоения шельфа. По проектам ЦКБ «Коралл» построены первые в Российской Федерации стационарные платформы (буровая и жилая платформы для месторождения Кравцовское в Балтийском море), СПБУ «Арктическая». С 2001 года по проектам ЦКБ уже построен и успешно работает 21 объект, также возможностями проектирования средств освоения шельфа обладают и другие конструкторские бюро Российской Федерации.
Представленная информация показывает на конкретных примерах наличие инженерного потенциала в России для создания ледостойких стационарных и плавучих буровых установок и средств их обеспечения в Арктике, а также их реализации на строительных площадках РФ.
