Арктический шельф: где взять технологии для его освоения

Различными аспектами проектирования технических средств для освоения шельфа России ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» занимается более 50 лет. Работы выполняются применительно к нефтяным и газовым месторождениям Баренцева, Карского, Охотского и Каспийского морей. При этом максимально используется опыт, накопленный за многие годы по изучению работы во льдах ледоколов и судов ледового плавания.

К основным направлениям деятельности можно отнести следующие:

• подготовка и участие в выполнении федеральных и отраслевых целевых программ создания плавучих технических средств для изучения и освоения ресурсов Мирового океана и континентального шельфа;

• разработка концептуальных, технических и рабочих проектов применительно к плавучим и стационарным техническим средствам различных типов и назначений, включая буровые и технологические платформы, танкера, суда обслуживающего флота, терминалы, хранилища и т.п.;

• планирование и проектирование морских операций, осуществляемых при монтаже, транспортировке и установке морских сооружений;

• технико-экономические обоснования сложных морских комплексов в целом и транспортно-технологических систем;

• проведение расчетно-экспериментальных исследований применительно к нефтегазовым сооружениям с целью оптимизации их конструкций и получения данных для проектирования в части ледовых качеств, аэро- и гидродинамики, маневренности, прочности, вибрации и т.д.;

• проведение экологических исследований и оценка безопасности эксплуатации сооружений при разработке соответствующих проектов;

• разработка рекомендаций, методик, методологических подходов для Заказчиков нефте-газовой отрасли, а также нормативных материалов для Российского морского регистра судоходства в части всех видов воздействий и нагрузок, включая ледовые и ветро-волновые, прочности, конструкции, остойчивости и непотопляемости, мореходности, судовых устройств и систем и т.д.;

• экспертиза по заказу судостроительной и нефтегазовой отраслей промышленности проектов судов, морских буровых и технологических платформ, а также других объектов обустройства морских месторождений нефти и газа.

Обеспечение требуемого уровня качества и конкурентоспособности при выполнении проектных работ для нефтяных и газовых компаний России базируется на реализованном во ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» комплексном подходе, сочетающем в себе обширные расчетно-экспериментальные исследования с многолетним опытом проектирования различных типов судов и морских сооружений, который в настоящее время аккумулируется в таких подразделениях Института как: Центр исследований и проектных разработок средств освоения ресурсов морей и океанов, ЦКБ «Балтсудопроект», Отделение прочности и надежности конструкций, Отделение гидроаэродинамики и др.

За последнее десятилетие ФГУП «ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» участвовало в разработке практически всех крупных шельфовых Проектов Российской Федерации: Сахалин-1, Сахалин-2, Приразломная, Штокмановское, Варандей, освоения месторождений Обской и Тазовских губ, российского сектора Каспийского моря, работая по заказам как отечественных, так и международных компаний-операторов и их дочерних предприятий.

Участие в разработке проектов для Баренцева и Карского морей

В последние годы Институтом выполнялись комплексные исследования и проработки применительно к различным объектам обустройства морских месторождений Баренцева и Карского морей по заказу ОАО «Газпром» и его дочерних предприятий.

Среди наиболее значимых работ можно выделить следующие:

- определение облика, разработка основных технических решений и FEED-проекта морской ледостойкой технологической платформы (МЛТП) судового типа с турельной системой удержания для 2-ой и 3-ей фаз освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения (ШГКМ);

- проведение комплексных исследований в обоснование основных проектных решений по размещению и типам причалов морского порта в Териберской губе, включая экспериментальные исследования объектов в волновом, циркуляционном, маневренном, мореходном бассейнах и аэродинамической трубе (рис. 1, рис. 2), а также математическое моделирование движения газовозов и вспомогательных судов в сложных гидрометеорологических условиях;

Рисунок 1 - Испытания в мореходном бассейне

Рисунок 2 - Испытания в аэродинамической трубе

- разработку концептуальных проектов судов для перевозки сжиженного природного газа с емкостями различного объема и типа;

- разработку технического проекта и комплекса уникальных проектов морских операций полупогружной плавучей буровой установки (ППБУ) для круглогодичного разведочного и эксплуатационного бурения нефтяных и газовых скважин; ППБУ в настоящее время построена и эксплуатируется на шельфе о. Сахалин (рис. 3);

Рисунок 3 - Полупогружная плавучая буровая установка

- разработка и обоснование проектов морских операций для платформы «Приразломная», включая обеспечение балластировки сооружения твердым балластом, морскую буксировку и установку на точку эксплуатации; в настоящее время платформа установлена на месторождении;

- разработка концептуального проекта мобильной ледостойкой буровой установки (МЛБУ) погружного типа для эксплуатации в условиях Обской и Тазовской губ на глубинах 7,5 – 25 м (рис.4); предусмотренные в проекте решения обеспечивают полное соответствие МЛБУ требованиям российского природоохранного законодательства, международных конвенций и соглашений по Арктике;

- анализ вариантов доставки персонала на морские объекты ШГКМ с выполнением расчетно-экспериментальных исследований и оценки технических и экономических рисков.

Рисунок 4 - Испытания в ледовом бассейне

В последние 2 года наиболее значимыми являлись работы Института, связанные с МЛТП судового типа с турельной системой удержания для 2-ой и 3-ей фаз освоения ШГКМ.

Можно выделить следующие основные принципиальные этапы работ ФГУП “ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» применительно к проекту МЛТП:

1. Проведение анализа вариантов конструкций плавучей технологической платформы для ШГКМ – обоснование архитектурно-конструктивного типа платформы судовых обводов с турельной системой удержания (Заказчик – ООО «Севморнефтегаз»);

2. Разработка раздела «Концепции освоения ШГКМ. Фазы 2,3» «Морские ледостойкие технологические платформы судового типа». Выбор и обоснование принципиальных технико-технологических решений (Заказчик ОАО «Гипроспецгаз»);

3. Разработка FEED-проекта МЛТП для ШГКМ, фазы 2, 3. Работы выполнялись совместно с компанией INTECSEA, Inc., ФГУП “ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» разработало документацию по морской части (Генеральный заказчик ООО «Газпром добыча шельф», Генеральный проектант ОАО «Гипроспецгаз»).

В рамках научно-технического обеспечения FEED-проекта:

• разработаны и реализованы рекомендации по оптимизации формы и конструкции корпуса МЛТП, базирующиеся на современных численных и экспериментальных методах оценки поведения сооружения;

• разработаны и реализованы научные подходы для обоснования выбора ледовой категории и требований к характеристикам системы позиционирования МЛТП;

• проведены модельные испытания в ледовом опытовом бассейне при различных сценариях ледового воздействия на МЛТП (см. рис. 5), в результате чего: определена глобальная ледовая нагрузка, действующая на МЛТП при стоянке на якорной системе удержания, изучено поведение МЛТП (дифферент/крен), предложена форма корпуса МЛТП, обеспечивающая безопасную и эффективную эксплуатацию в ледовых условиях;

• выполнен комплекс расчетов и обоснований по конструкции корпуса, анализ поведения сооружения в ледовых и волновых условиях.

Рисунок 5 - Испытания в ледовом бассейне

В конечном итоге ФГУП “ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова» разработан FEED-проект корпуса МЛТП.

Проектирование выполнено в соответствии с требованиями Правил Российского морского регистра судоходства (РМРС):

• выбраны конструкционные материалы с учетом эксплуатации при низких температурах наружного воздуха до – 40^оС;

• произведены расчеты прочности, включая оценку усталостной прочности ответственных узлов и соединений;

• выполнены расчеты остойчивости и непотопляемости во всех режимах эксплуатации МЛТП;

• обоснованы схемы и компоновка электро-энергетической системы и движительно-рулевого комплекса;

• даны рекомендации по защите корпуса и оборудования от коррозии;

• сформулированы принципы проведения инспекций, технического обслуживания и ремонта при непрерывной работе платформы в течение 50 лет;

• разработаны чертежи общего расположения (включая жилую надстройку и вертолетную площадку), теоретический чертеж, танк-план, чертежи корпусных конструкций (включая ледовые усиления, подкрепления под опоры модулей верхнего строения и турель), схемы общесудовых систем и систем отгрузки/хранения конденсата;

• сформулированы требования по безопасности эксплуатации МЛТП, касающиеся регламентации средств спасения персонала и расположения путей эвакуации,

• разработаны требования к функционированию МЛТП в арктических условиях и т.п.

Технические решения FEED-проекта прошли согласование с РМРС.

По результатам разработки комплекта документов можно констатировать, что МЛТП обладает следующими основными качествами:

• безопасность и надежность эксплуатации в арктических условиях;

• срок службы – 50 лет;

• хранение добытого и подготовленного конденсата на борту;

• удержание/позиционирование с помощью внутренней турели (с отсоединяемым спайдерным буем), позволяющей изменять ориентацию платформы в зависимости от ветро-волновых условий и направления дрейфа льда;

• возможность оперативного отсоединения от спайдерного буя в случае возникновения экстремальных условий: появление айсбергов или других критичных ледяных образований;

• самоходность;

• маневренность и динамическое позиционирование, обеспечиваемые винто-рулевыми колонками и подруливающими устройствами;

• ледовая категория – Arc 5.

Подводя итоги, следует констатировать, что тесное взаимодействие Института с компаниями-операторами Проектов и их дочерними предприятиями, а также с судостроительными заводами является залогом успешной реализации крупных проектов освоения Арктического шельфа России.