Трубоукладочное судно для арктического шельфа России - Технологии

Создание трубоукладочного судна (ТУС) для арктического шельфа России является чрезвычайно важной и актуальной задачей из-за необходимости освоения богатых месторождения нефти и газа (см. рис. 1, табл. 1), а также отсутствием в мире ТУС, которые могли бы быть арендованы для работы в тяжелых ледовых и климатических условиях. Большие перспективы строительства морских подводных трубопроводов (МПТ) в России и за рубежом обеспечат максимальную загрузку таких судов.

Рисунок 1 - Перспективные регионы использования трубоукладочного судна

Параметры ТУС должны выбираться на основе оптимизации как компонентов трубоукладочного комплекса (трубоукладочных судов, вспомогательных судов и береговой базы снабжения), так и отдельных этапов укладки морского подводного трубопровода (МПТ). Например, выбор основного параметра ТУС - грузоподъемности, определяемого весом хранящихся на палубе или в трюме труб, зависит от диаметра, толщины и длины труб, количества сварочных постов, грузоподъемности и вылета грузового крана, качки и ледовой прочности судна, а также от грузоподъемности, конструкции и количества судов для перевозки труб и отстояния от береговой базы снабжения (ББС). При этом, особое внимание уделяется технологической безопасности, как укладки, так и эксплуатации МПТ с надлежащей оценкой рисков.

На основе проектных исследований и испытаний моделей в мореходном и ледовом бассейнах обоснован выбор архитектурно-конструктивного типа судна, формы его обводов и состава основного технологического, грузового и энергетического оборудования.

Таблица 1 - Перспективные газовые месторождения в транзитной зоне (ТЗ) арктического шельфа России

Зона	Море	Транзитная зона	НСР, млрд. м³	Доля глубин, %
Зона	Море	Транзитная зона	НСР, млрд. м³	0-10м	10-20м
1	Печорское	Колгуевская Печорская	728	56,0	44,0
2	Карское	Ямало-Гыданская* Ямало-Гыданская Северо-Карская* Северо-Карская Франца-Иосифа	14003	27,0	73,0
3	Охотское	Большерецко-Охотская Западно-Камчатская Пенжинская Уда-Шантаранская Северо- Сахалинская Залива Терпения	168,5	18,6	81,4

* - высокоперспективные

В России предполагается построить до 2035г. около 9 тыс. км МПТ (табл.2).

Таблица 2 - Прогноз строительства МПТ в России до 2035 г.

Объект	Количество ниток и длина, км	Диаметр, мм	Максимальная глубина, м
Магистральные ШГКМ⁽¹ ПДК ШГКМ Спутники ШГКМ	4х580 165 300	1200 460-600 500	380 380 320
«Южный поток»	2х180⁽² 2х720	800	2200
«Голубой поток – 2»	2х70⁽² 2х330	700	2200
Печорское море	300	·	50-100
«Сахалин – 3»	200	500	120
«Сахалин – 4» и «Сахалин – 5»	250	700	200
Карское море, Обская и Тазовская губы	200	·	12
Русановское месторождение	3х300	1000	50-130
Спутники и ПДК Русановского месторождения	100	·	50-130
Ленинградское месторождение	3х225	1000	50-130
Спутники и ПДК Ленинградского месторождения	100	·	50-130
Северо-Харасавейское месторождение	80	·	50-130
Западно-Шараповское месторождение	160	·	50-130
Итого	6730⁽² 2100

¹ – Штокмановское газоконденсатное месторождение (ШГКМ);

² – в числителе S-метод, в знаменателе J-метод укладки МПТ.

Рассмотрены основные научно-технические и проектные проблемы (см. рис. 2).

Рисунок 2 - Основные научно-технические и проектные проблемы

Создание перспективных технологических судов арктического плавания требует

углубленной научно-технической поддержки и инновационных проектно-конструкторских решений.

Проектируемое ТУС должно выполнять следующие основные функции и при этом удовлетворять следующим техническим требованиям:

Функции:

Укладка обетонированных стальных труб, а также гибких металлопластиковых труб в открытом море на глубинах 20-500 м, в том числе в мелкобитом льду;
Хранение, подготовка, сварка и укладка стальных труб диаметром до 1220 мм, длиной до 12-24 м, толщиной стенки до 30 мм, рабочим давлением до 25Мпа;
Спуск труб, шлангов и кабелей по туннелю, плавно переходящему в стингер, в средней части корпуса для предохранения от воздействия льда;
Обеспечение скорости хода при волнении – около 12 узлов и во льдах – до 5 узлов.

Технические требования и ограничения:

Температура воздуха, °С	+35… -40
Толщина дрейфующего льда, м	0,5
Категория ледовых усилений	Arc4
Скорость ветра, м/с	до 15
Высота волнения в рабочем режиме, м	до 2
Глубина акватории проведения работ , м	30-500
Скорость хода на чистой воде, уз.	12

В результате работы над проектом получены следующие характеристики ТУС (см. рис. 3-4, табл. 3):

Рисунок 3 – Внешний вид ТУС

Класс судна: КМ Arc4 [1] АUT1 ICS DYNPOS-2 EPP HELIDECK WINTERIZATION (-40ºС).

Таблица 3 – Основные характеристики ТУС

Характеристика	Значение
Водоизмещение, тыс. т	81,2
Дедвейт, тыс. т	44,6
Длина, м	245
Ширина, м	34
Высота борта, м	26
Осадка, м	12
Скорость хода, узл.	12
Мощность энергетической установки, МВт	48
Автономность, сут.	30
Экипаж + персонал, чел.	250
Длина стингера, м	95
Скорость укладки трубопроводов, км/сут.	до 3

Рисунок 4 - Общее расположение ТУС

Выход стингера в пределах ватерлинии в ледовых условиях.

Специальные устройства погрузки, перемещения и хранения труб.
Полная винтеризация технологического комплекса.
Архитектурно-конструктивный тип судна с размещением жилых помещений в носовой части судна, технологических линий в средней части, а машинно-котельного отделения и ангаров в кормовой части.
Установка кранов-манипуляторов с высокой скоростью и точностью погрузки, обеспечивающих грузовые операции без швартовки вдоль борта судна снабжения.

Технические решения концептуального проекта трубоукладочного судна:

Дизель-электрическая ЭУ, движители (ВРК) для движения и позиционирования – 3 в носу и в 3 корме.
Комбинированная система удержания:

- система динамического удержания (ВРК – 3 в носу, 3 в корме);

- система якорного удержания (якорные линии – 6 в носу, 4 в корме).

Эксплуатация механической установки из ЦПУ без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях.

Централизованная система управления грузовыми и балластными операциями.
Система винтеризации и защиты судовых систем, устройств и оборудования от обледенения.
Повышенная экологическая безопасность.
Непотопляемость при затоплении двух смежных отсеков.
S-метод спуска плети труб в воду по стингеру (см. табл. 4) в пределах корпуса для исключения взаимодействия со льдом.
Специальные грузовые краны с грузовым моментом, обеспечивющим перегрузку обетонированных труб.
Взлетно-посадочная вертолетная площадка.
Технологический цикл подготовки, сварки и спуска трубопровода расположен в закрытом помещении.
Предусмотрены средства для борьбы с обледенением конструкций и оборудования.

Таблица 4 – Параметры стингера трубоукладочного судна

Параметры стингера	Значение
Общий вес, т	3924
Объем стингера с роллерами, м³	143
Запас плавучести, кН	371
Длина секций:
корневая, м	35
средняя, м	30
концевая, м	30
Кран стингера:
грузоподъемность, т	1000
вылет стрелы, м	28

При проведении мореходных испытаний ТУС (см. рис. 5):
Определены кинематические и динамические характеристики системы, находящейся под воздействием волн, ветра и течения во время выполнения операций по укладке трубопровода.
Изучены поведения системы «ТУС + стингер + трубопровод + якорная система удержания».
Проверены расчетные оценки, действующих на компоненты системы при различных волновых условиях.
Получены необходимые оценки, позволяющие эксплуатировать ТУС в арктических условиях (битый лед).

Рисунок 5 - Мореходные испытания ТУС

Для определения условий эксплуатации ТУС в ледовых условиях проведены испытания модели ТУС в ледовом бассейне (см. рис. 6).

Рисунок 6 - Испытания модели ТУС в ледовом бассейне

На основе проектных исследований и испытаний моделей в мореходном и ледовом бассейнах обоснован выбор архитектурно-конструктивного типа судна, формы его обводов и состава основного технологического, грузового и энергетического оборудования разработан концептуальный проект трубоукладочного судна, полностью удовлетворяющий требованиям эксплуатации в Баренцевом, Печорском и Карском морях, он является базисом для разработки технического проекта в Крыловском государственном научном центре.