Комплекс плавучих средств для строительства, ремонта и обеспечения безопасной эксплуатации морских трубопроводов и нефтегазовых сооружений на мелководном арктическом шельфе
Промышленная разработка месторождений на мелководном арктическом шельфе сдерживается отсутствием необходимых технологий и морской техники, сложными ледовыми условиями на мелководье, уязвимостью окружающей среды и прочими подобными факторами. Какие технологии для освоения шельфовых месторождений предлагают сегодня отечественные разработчики?
Одной из концепций обеспечения освоения и эксплуатации таких месторождений является создание комплексов многофункциональных плавучих средств, оснащенных различным подводно-техническим и технологическим оборудованием, необходимым для эффективного расширения функциональных возможностей судов, снижения затрат на их создание и эксплуатацию.
Анализ возможных характеристик создаваемого судна для поставленной задачи строительства, ремонта и обеспечения безопасной эксплуатации морских трубопроводов и нефтегазовых сооружений на мелководном арктическом шельфе приводит к пониманию целесообразности разделения комплекса задач проектируемого судна на две группы и, соответственно, привлечение к их решению двух судов: «Технологической платформы» и «Платформы обеспечения».
Это решение позволит выполнять заданный комплекс работ в течение круглого года.
В рамках реализации федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы, ООО «Комплексные Инновационные Технологии» разработало концептуальный проект судна (аббревиатура – СОСРБ – судно обеспечения строительства ремонта безопасности), предназначенного для выполнения на мелководных замерзающих акваториях комплекса работ, включающих:
· обеспечение строительства подводных магистральных и внутри промысловых трубопроводов и сооружений на морских нефтяных и газовых месторождениях;
· эксплуатационное обслуживание подводных трубопроводов;
· наблюдение и контроль окружающей обстановки и состояния объектов обустройства;
аварийно-ремонтные работы.
Как правило при обустройстве любых нефте- и газопромыслов устанавливаются стационарные и плавучие сооружения и прокладываются внутрипромысловые и магистральные трубопроводы для транспортировки добываемых углеводородов. В настоящее время планируется и выполняется строительство экспортных магистральных трубопроводов, включающих протяженные морские участки, среди них такие проекты, как "Голубой поток", "Северный поток", "Переход газопроводов через Байдарацкую губу", "Штокмановское газоконденсатное месторождение – Кольский полуостров" и др. Значительная часть проектов связана с арктическим регионом, где большую часть года моря покрыты льдом. При значительных протяженностях трубопроводов и их направленности весьма немалую долю занимают мелководные в частности прибрежные участки.Очевидно, что в обустройство месторождения входит целый ряд различных работ, в том числе: прокладка трубопроводов, установка стационарных и плавучих сооружений, которые осуществляется специализированными судами-трубоукладчиками и краново-монтажными судами, но кроме того, при строительстве и обустройстве морских месторождений выполняется большое количество сопутствующих подводных работ:
- обследование дна в районе установки сооружений и прокладки трубопроводов;
- подготовка дна, включая подъем опасных затонувших объектов;
- контроль во время строительства;
- установка и замена запорно-управляющей арматуры;
- установка протекторной защиты на трубопроводы и сооружения;
- ремонт поврежденных конструкций, включая подводную стыковку трубопроводов, замену конструктивных узлов сооружений;
- охрана окружающей среды (борьба с аварийными разливами нефти, контроль окружающей среды).
Для решения перечисленных задач используются специализированные суда, оснащенные соответствующими подводными техническими средствами.
За рубежом имеются подобные суда, однако они не приспособлены для эксплуатации в суровых арктических условиях.
Т.о. необходимо отечественное судно для строительства, ремонта и обеспечения безопасности морских магистральных трубопроводов и сооружений на нефтяных и газовых месторождениях (СОСРБ), оснащенное обитаемыми подводными аппаратами, гипербарическими камерами, водолазным комплексом для выполнения масштабных ремонтных работ, включая замену аварийных участков трубопроводов.
Потребность в судах для подводных работ на морских нефте-газопромыслах и трубопроводах достаточно велика. Так, по предварительной оценке для выполнения работ на Штокмановском и сопутствующих месторождениях Баренцева моря постоянно задействовано от 4 до 6 судов; для Ямбургского месторождения требуется до 30 судов-снабженцев.
Техническим заданием для ООО «КИТ» предусмотрено использование судна на глубинах до 60 м – малое СОСРБ (Аналогичное по функциональности судно для работ на глубинах от 60 м до 300 м – большое СОСРБ – было задано к разработке другой компании).
С освоением морских нефтяных и газовых месторождений неразрывно связано сооружение внутрипромысловых и магистральных морских подводных трубопроводов, строительство и обустройство скважин, установка подводно- добычных комплексов.
Все это требует непрерывного контроля окружающей обстановки (экологического, метеорологического, геологического) для обеспечения безопасности и минимизации ущерба от возможных последствий.
Обеспечение безопасности при обустройстве и эксплуатации на нефтяных и газовых месторождениях континентального шельфа складывается из предотвращения техногенных аварий, природных воздействий и террористической деятельности, а также ликвидации последствий
аварий. Это достигается за счет постоянного контроля окружающей обстановки и состояния объектов обустройства, плановых профилактических и ремонтно-восстановительных работ, а также эффективных оперативных действий при возникновении чрезвычайных ситуаций.
При проектировании и обустройстве месторождений континентального шельфа используются самые современные достижения в области морских технологий. Однако, как показывает практика обустройства и эксплуатации, имеются реальные угрозы повреждения трубопроводов и оборудования обустройства скважин.
Для типичных морских трубопроводов продукции скважин средняя (расчетная) величина массы утечки от одной аварии в море превышает 1000 т,
что существенно выше срднестатистических значений для действующих сухопутных трубопроводов. Это объясняется особенностями истечения многофазной продукции (газ / нефть / вода), отсутствием надежной системы обнаружения утечек для многофазных сред, а также сложностью проведения работ по ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов на морских нефтегазовых объектах — скоротечность развития аварийных процессов, связанных с выбросом углеводородов и их горением в условиях плотного размещения оборудования.
Особую опасность для подводных объектов обустройства месторождения представляют ледовые образования, особенно в мелководных районах морей Арктического шельфа. Дрейфующие ледовые образования в зависимости от глубины моря и осадки киля тороса, а также отметки верхней части подводной конструкции, могут вступать в контактное взаимодействие с подводным объектом.
Обеспечение безопасности неразрывно связано с выполнением обследования и ремонта оборудования месторождений, а также со своевременной ликвидацией аварийных ситуаций. Исходя из особенностей обустройства и эксплуатации мелководных морских месторождений углеводородов, а также учитываю высокую вероятность аварий различного характера, определяется состав специального оборудования судна.
На СОСРБ представляется необходимым возложить следующие строительные задачи:
- установка и замена запорно-управляющей арматуры;
- установка и замена протекторной защиты на трубопроводы и сооружения;
- подводная стыковка трубопроводов, замена конструктивных узлов сооружений.
Для ремонтных работ на СОСРБ необходимо установить:
- труборемонтный комплекс, включающий:
* сварочную барокамеру, рамы для подъема трубопровода, клеммы, зажимы;
* телеуправляемые роботы рабочего класса;
* водолазное оборудование.
Для обеспечения безопасности сооружений на месторождении на судне необходимо установить следующее оборудование:
-Телеуправляемые и автономные роботы исследовательского класса.
- Крановое оборудование для подъема объектов.
- Беспилотные летательные аппараты.
- Оборудования для диагностики, обслуживания и ремонта скважин.
- Инженерно-геологическое и гидрометеорологическое оборудование.
- Оборудование для сбора нефти. Поскольку изначально в теме проекта звучит термин «арктический» шельф, очевидно, что судну большую часть времени предстоит работать в достаточно тяжелых ледовых условиях.
Техническим заданием предписывалось рассмотрение необходимости привлечения судна ледокольной поддержки.
Одним из основных факторов целесообразности такой поддержки явилась необходимость довольно жесткого позиционирования СОСРБ при выполнении целого ряда подводно-технических работ, как при строительстве объектов, так и при проведении их обследований в процессе эксплуатации и, тем более, при ремонте особенно в случае аварии. Учитывая быстротечность процесса вмерзания судна при низких температурах предполагаемых регионов использования и непостоянство местоположения ледовых полей, а также иногда достаточно большой период времени серьезного ремонта, например замена участка трубопровода даже небольшой протяженности, ледокольная поддержка в ряде случаев крайне необходима. Очевидно, что ледовый класс arc 6, arc 7 или даже arc 8 в данном случае для обеспечения именно позиционирования не является определяющим и необходим лишь по условиям плавания в конкретном регионе. В то же время выполнение ряда работ в течение автономности 30 суток, а при возможности пополнения запасов и большей, требует наличия большого арсенала средств для их выполнения вплоть до наличия вертолета для ледовой и экологической разведки. Одновременно с этим необходимость охвата как можно большей акватории, в частности в сторону уменьшения глубин, заставляет ограничить размерения судна особенно его осадку. Ограничения по размерениям ни в коем случае не должны отразиться на мореходности судна, что в хорошей морской практике определяется их соотношениями. Т.о. получаем необходимость решения задачи по использованию судна ледокольной поддержки соответствующего ледокольного класса и размещению на СОСРБ большого количества подводно-технических средств для выполнения различных работ.
Анализ ситуации подсказывает решение данной задачи путем комплексным, а именно создание нового судна СОСРБ, как некой технологической платформы для выполнения основной части работ и размещения на нем стационарной и погружной частей обследовательского и ремонтного оборудования, и привлечение какого-либо
существующего ледокольного судна соответствующего класса, например «Витус Беринг» (с необходимым дооборудованием крановым средством грузоподъемностью до
≈ 250 т и системой кренования) в качестве платформы обеспечения.
Двухплатформенная/двухсудовая схема позволит использовать платформу обеспечения для многих целей, в частности для прокладки ледового канала, обколки места постановки на точку технологической платформы, завозку якорей технологической платформы при позиционировании на предельном для нее мелководье, когда в целях безопасности подводных работ затруднено использование системы динамического позиционирования, для размещения ряда оборудования и материалов, необходимых как при строительстве, так и при ремонте объектов, вплоть до размещения оборудования и механизмов по подготовке дна или плуга траншеекопателя. В определенные периоды, когда ясна цель выполнения работы, понятен набор
оборудования, или в безледовый период суда могут использоваться раздельно каждый со своей задачей.
Особое внимание было уделено расширению зоны охвата в сторону уменьшения глубин. Для обеспечения сочетания соответствующей мореходности при переходе к месту работ и работ на малых глубинах было принято решение по двухосадочности судна.
В частности для плавания и работ на достаточных глубинах задана осадка 7,0 м, а для работ на возможно предельном мелководье принята осадка 5,5 м. Разница в водоизмещении компенсируется сбрасыванием водяного балласта порядка 2200 т или размещением на судне дополнительного оборудования для работ на глубинах допускающих осадку 7,0 м. Для обеспечения необходимой ледопроходимости, как в канале за ледоколом, так и в самостоятельном плавании, судну приданы ледокольные обводы, которые строились с учетом теоретических изысканий «Морского Инженерного Бюро».
