В соответствии с программой Развития гражданской морской техники на 2009-2016 гг. в Крыловском государственном научном центре выполнены работы по концептуальному проектированию бурового судна, предназначенного для поисково-разведочных работ на Российском арктическом шельфе.
Разработка и эксплуатация морских нефтегазовых месторождений связана с активным использованием судов технологического флота, к которым относятся буровые суда. Особые условия арктических морей с тяжелой гидрометеорологией, волновыми и ледовыми нагрузками требуют специальных технических решений при создании таких судов. С точки зрения экономической целесообразности они, в первую очередь, должны соответствовать условиям эксплуатации в западной части арктического шельфа России. Это нефтегазовые месторождения Баренцева, Печорского и Карского морей. В то же время, была поставлена задача обеспечить универсальность этих судов для использования и в восточных областях российской Арктики.
Первым этапом создания судна является разработка его концептуального проекта. В связи технологической спецификой, требования к буровому судну имеют определенные отличия, но их общими качествами являются высокий ледовый класс, мощная энергетика, надежная система фиксации судна на точке бурения и высокая степень автономности. В проекте особого внимания требует разработка системы экстренного аварийного спасения экипажа и персонала из-за наличия на борту буровых судов технологических комплексов с опасным производством. При пожаре или взрыве, когда судно ещё находится на плаву без крена и дифферента, эвакуационная система должна обеспечивать быструю высадку на ровный, битый или торосистый лед, а также на свободную воду.
При разработке концептуального проекта бурового судна требуется решить ряд задач, среди которых основными являются:
-
разработка концепции эксплуатации судна;
-
определение номенклатуры бурового оборудования и вспомогательных материалов;
-
определение основных параметров и общего расположения судна;
-
разработка устройств и технологии постановки с целью удержания судна на точке бурения в заданных волновых и ледовых условиях;
-
разработка системы безопасности и аварийной эвакуации.
В разработанной концепции эксплуатации Бурового судна предусматривается его переход в точку проведения буровых работ в сопровождении двух судов-заводчиков якорей, и при необходимости, ледокольного судна. Надежность удержания судна на точке бурения обеспечивается двойной системой, которая состоит из динамической и статической частей, т.е. системы динамического позиционирования и статической якорной швартовной системой. Необходимость такого дублирования обусловлена стремлением повысить автономность судна, избежать больших расходов топлива на длительную работу системы динамического позиционирования и повысить возможности удержания судна в ледовых условиях. Для естественного флюгирования судна, оно выполнено турельным, с подачей буровой колонны и буровых материалов через шахту турели.
Судно удерживается на точке бурения с помощью системы динамического позиционирования на все время постановки статической системы якорного удержания. При ведении буровых работ судно пассивно позиционирует на восьми якорно-швартовных линиях, а система динамического позиционирования дает возможность капитану подрабатывать турельное судно на оптимальный курсовой угол по отношению к дрейфующему льду или интенсивному волнению. Ледокол обеспечивает управление ледовой обстановкой, и, при необходимости, окалывает лед в зоне буровых работ.
Номенклатура бурового оборудования и его функциональное расположение на судне в большой степени определяет его основные параметры, а технические параметры судна должны соответствовать главным тенденциям развития мирового флота буровых судов. Анализ перспективных районов расположения российских арктических нефтегазовых месторождений, показал, что максимальные глубины бурения скважин не превысят 7000 м, а шельфовые акватории имеют глубины, не превышающие 500 м. С учетом этих, и ряда дополнительных требований по автономности, винтеризации, обитаемости, мореходности, остойчивости и др., выбраны главные размерения арктического бурового судна.
В соответствии с этими требованиями разработана конструкторская документация судна. Буровое судно выполнено с внутренней турельной системой, над которой расположена буровая вышка. Буровая колонна проходит сквозь шахту турели. Для постановки судна на якорную систему в ледовых условиях, разработан комплекс для выполнения этих операций с помощью специального подводного аппарата. Обеспечивается полная винтеризация подвышечного пространства. Разработан специальный комплекс аварийной эвакуации персонала при взрыве и пожаре.
Для бурового судна и системы его удержания основными являются ветровые, волновые и ледовые нагрузки. Для оценки ветровых нагрузок достаточно расчётов по стандартной методике, а волновые и ледовые требуют использования данных модельных экспериментов. Экспериментальные исследования в мореходном бассейне показали, что перемещения и ускорения в различных точках корпуса находятся в приемлемых пределах, а волновые нагрузки на якорную систему удержания не превышают спецификационных значений. При столетнем шторме, с высотой волны 17,4 м. имеет место заливаемость палубы через шахту турели. Для уменьшения заливаемости на судне использованы специальные турельные дефлекторы.
Модельные исследования якорной системы удержания на спецификационных режимах эксплуатации Бурового судна показали соответствие прочностных характеристик якорно-швартовных линий техническим требованиям.
Ледовые нагрузки определялись на основании испытаний в ледовом бассейне. Буксировочные испытания в ровном и битом льду показали хорошие качества судна при переходе в ледовых условиях, при толщинах льда 1-1,5. м, в точку бурения. При этом сохраняется определенный резерв мощности главной энергетической установки. Определение ледовых нагрузок в эксплуатационном режиме бурения, при проведении предстоящих швартовных испытаний в ледовом бассейне, даст возможность скорректировать прочностные характеристики якорной системы удержания для заданных условий эксплуатации. Кроме того, будут получены данные для оценки эффективности, и технологии использования системы динамического позиционирования в ледовых условиях.
Как было отмечено выше, система удержания бурового судна принята двойной – статической и динамической. При этом силовыми агрегатами динамической системы являются 6 ВРК, расположенные по три в носовой и кормовой части судна, мощностью по 6,0 МВт каждая, с упором 80-100 т. У статической швартовной системы удержания силовыми элементами являются 8 якорно-швартовных цепных линий 76 калибра , с расчетным разрывным усилием 516 т.
Конструктивно-архитектурное решение судна, общее расположение, выбранная внутренняя турельная система и основные параметры, разработанные в концептуальном проекте дают основания считать, что судно соответствует заданным условиям его эксплуатации на российском арктическом шельфе.
Обсуждение с потенциальными заказчиками основных параметров бурового судна на этапе концептуального проекта дало возможность наметить направления повышения качества проектируемого судна. Основное внимание на следующем этапе будет уделяться повышению его эксплуатационных качеств за счет увеличения палубного пространства, развития кранового вооружения, повышения автономности, улучшения расположения вертолетной площадки, а также расширения возможностей системы аварийного спасения.
В качестве заключения следует отметить, что создание перспективных судов арктического технологического флота требует углубленной научно-технической поддержки и инновационных проектно-конструкторских решений. В процессе работы, когда начинает формироваться облик судна, необходимо проведение консультаций с российскими предприятиями и организациями, которые имеют практический опыт эксплуатации судов технологического флота, и, в перспективе, могут быть заказчиками их строительства. Участие потенциальных заказчиков в процессе проектирования в качестве контрагентов и соисполнителей, повысит эффективность проекта и придаст ему большую коммерческую и практическую привлекательность.
Основной целью разрабатываемых в Крыловском государственном научном центре концептуальных проектов судов и морских сооружений является разработка базиса для технического и рабочего проектирования с целью их строительства с максимальным использованием возможностей российских верфей.
