Подводные комплексы нефтегазодобычи

25 ноября 1991 г. Президент Российской Федерации подписал указ, которым определил, что разработку Штокмановского газоконденсатного и Приразломного нефтяного месторождений в соответствии с утвержденной Правительством Российской Федерации программой будет осуществлять акционерное общество "Росшельф".

Оба месторождения расположены на Арктическом шельфе России, значительно удалены от развитых промышленных районов. Их освоение требует решения сложных технических проблем, связанных с .созданием и эксплуатацией оборудования, способного надежно функционировать в условиях тяжелой ледовой обстановки, неблагоприятных ветровых, волновых, температурных и световых режимов, высокой вероятности появления айсбергов. Одним из разработчиков подводных технических средств для освоения глубоководных нефтегазовых месторождений является Центральное конструкторское бюро "Лазурит". Специалисты КБ, главный конструктор проекта А.Лещев и его заместитель О.Эделев рассказывают на страницах журнала о вариантах решения перечисленных выше проблем. В мировой практике широко ведется добыча газа и нефти с месторождений, расположенных на дне морей и океанов. Для этих целей применяется технология промысловой обработки нефти и газа на надводных платформах, которые выполняются плавающими, стационарными со свайным основанием и гравитационными. Освоены способы прокладки морских трубопроводов с трубопрокладочных барж, технология подводного заканчивания нефтяных и газовых скважин, а также варианты дистанционного подсоединения трубопроводов к ним. Однако на шельфах арктических и дальневосточных морей в ледовых условиях и на больших глубинах использование надводных платформ не только неприемлемо экономически, но и не отвечает требованиям обеспечения безопасности сооружения и обслуживающего персонала, а также экологической защищенности района разработок в связи с повышенной вероятностью аварийного разрушения конструкций.

Рис.1. Схема обустройства подводных промыслов газа со сложными климатическими условиями для глубины моря 60-500 м и более: 1 – блок управления и энергетики; 2 – блоки подготовки газа; 3 – емкости хранения конденсата; 4 – всплывающий терминал; 5 – компрессорная станция; 6 – судно-конденсатовоз; 7 – береговые средства; 8 – судно обеспечения.

Рис.2. Подводное судно снабжения и обеспечения.

Наиболее перспективным направлением освоения месторождений Арктического шельфа является подводная добыча. В настоящее время на базе опыта, накопленного исследовательскими, проектно-конструкторскими и производственными предприятиями подводного кораблестроения, разработаны предложения по созданию добывающего комплекса подводных и погружных технических средств и сооружений применительно к Штокмановскому газоконденсатному месторождению.Одной из наиболее привлекательных особенностей этого проекта является то, что при его реализации планируется широко использовать технологию подводного кораблестроения для Военно-Морского Флота, трудовые ресурсы и производственный потенциал, высвобождающиеся в результате конверсии оборонной промышленности. Оборудование комплекса однотипно с применяемым для военных подводных сооружений, что исключает необходимость реконструкции заводов, выпускающих комплектующие узлы и конструкции.

Современная практика освоения морских месторождений не имеет опыта проведения работ на больших глубинах при наличии ледового покрова и практически не изученных по размерам и поведению айсбергов, поэтому аналогов создаваемым техническим сооружениям не существует. В основу концепции реализации комплекса положены следующие принципы: безопасность эксплуатации; экология; автоматизация процессов добычи, подготовки к транспортировке и доставки газа и конденсата; использование новейших достижений отечественного судостроения.

Длина, м 112,7

Ширина, м 11,2

Высота, м 16,2

Водоизмещение, т около 5400

Мощность АЭУ, кВт 15000

Скорость надводного хода, уз 15

Скорость подводного хода, уз 20

Глубина погружения, м 500

Принципиальная схема комплексной обработки продукции подводных скважин, предложенная специалистами ЦКБ "Лазурит" и ВНИПИморнефтегаз, представляет собой технологическую линию производительностью 10 млн. м3 газа и 200 т конденсата в сутки. Подготовка и транспортировка продукции осуществляются низкотемпературным способом за счет максимального использования энергии избыточного пластового давления. Предусматривается обеспечить условия для бескомпрессорной доставки газа на берег, применить минимум энергоемкого и массогабаритного оборудования, обеспечить оптимальные условия хранения конденсата в подводной емкости и перевозки его на берег судами. Практически все технологическое оборудование будет располагаться за пределами герметичных помещений.

Комплекс включает в себя следующие элементы: блок управления и энергетики, блок промысловой обработки, емкость для конденсата и метанола, всплывающий терминал, подводное судно снабжения, автономные подводные аппараты. Блок управления и энергетики предназначен для размещения систем управления, энергетических установок, а также персонала, обслуживающего промысел. Его позиционирование осуществляется с помощью системы из 8 становых и 4 маневровых якорей. Переход в подводное положение происходит за счет гашения плавучести приемом воды в балластные цистерны, а также при помощи якорных лебедок с тяговым усилием около 150 т.

Блок представляет собой 2 горизонтально расположенных цилиндра, соединенных переходными конструкциями, на которых устанавливается вертикальная прочная шахта, служащая для связи с поверхностью. Между корпусами размещены 2 модуля аккумуляторных батарей, якорные лебедки, баллоны высокого давления, 2 подводных спасательных средства на 40 человек каждое, балластные цистерны, устройства для выхода кабеля, элементы швартового и буксирного устройств.

Цилиндры являются функциональными модулями. В модуле жилья и управления размещены пульты систему управления промыслом, жилые помещения,рассчитанные на постоянное пребывание 40 человек, вспомогательное оборудование, общесудовые системы, средства радиосвязи, радиолокации, гидроакустики. В энергетическом модуле находятся 2 атомные энергетические установки повышенной надежности и ресурса (мощность каждой 6000 кВт), 2 дизель-генератора с обслуживающими системами, энергораспределительные устройства, вспомогательное оборудование, компрессоры.

В блоках промысловой обработки размещаются элементы технологической схемы промысловой обработки сырья, подлежащего дальнейшей транспортировке по трубопроводу на береговые сооружения, и сбора конденсата в подводную емкость с последующей его передачей на надводное судно-конденсатовоз через всплывающий терминал. Основное оборудование (сепараторы, теплообменники, дегазаторы, трубопроводы, арматура) находится вне герметичных прочных конструкций, а внутри их установлены турбодетандеры, генераторы насоса, элементы систем управления и энергоснабжения, компрессоры. Энергообеспечение блоков планируется организовать по следующей схеме: питание для запуска технологических линий подается с блока управления и энергетики по кабелю, а по мере стабилизации их работы осуществляется переход на потребление электроэнергии от генераторов с приводом от турбодетандеров.

Рис.3. Всплывающий терминал: а – в рабочем положении; б – при появлении айсберга.

Конструкция блоков предусматривает размещение между герметичными корпусами технологических линий суммарной производительностью 30 млн. м 3 газа в сутки (10,8 млрд. м 3 газа в год). Отсеки герметичного корпуса, где находятся турбодетандеры и конденсатные насосы, заполнены воздухом с пониженным (до 10-12%) содержанием кислорода, что обеспечивает пожаро- и взрывобезопасность. Оборудование блока будет работать в автоматическом режиме, не требуя от персонала несения постоянной вахты.

Гибкие трубопроводы присоединяются к блоку через узлы, включающие в себя клюзы специальной конструкции, а кабели – через клюзы и специальные устройства, расположенные в наружном, корпусе. Для позиционирования блока предусматривается система, аналогичная системе, осуществляющей позиционирование блока управления. Переход в подводное положение производится гашением плавучести за счет заполнения балластных цистерн, а также якорными лебедками. Проработан вариант блока, расположенного на опорном основании с опускаемой шахтой. Производство и швартовые испытания

сооружения могут быть осуществлены в условиях завода-изготовителя. Для хранения конденсата (под давлением 1,6-2,0 МПа), приема, хранения и передачи метанола в расходные емкости блока промысловой обработки предназначена специальная подводная емкость. Она состоит из цилиндров для конденсата и метанола, цилиндров плавучести, а также герметичных помещений для нагнетающих и перекачивающих насосов. Система компенсации изменения плавучести корректирует изменение нагрузки при заполнении отсеков конденсатом и вытеснении из них забортной воды, а также расход метанола. Предусмотрена возможность посадки на емкость автономного подводного аппарата. Электроснабжение обеспечивается по кабелю с блока управления и энергетики или с блока промысловой обработки. Сооружение буксируется к месту установки в горизонтальном положении. Поворот в вертикальное осуществляется за счет заполнения балластных цистерн забортной водой. В рабочем положении емкость опирается на донную фундаментальную плиту через шарнирное соединение.

Всплывающий терминал представляет собой вертикально расположенную емкость, окруженную наружным корпусом, заканчивающимся ферменной конструкцией, на конце которой расположены груз и балластная цистерна. На его палубе имеется вращающийся постамент с грузовым и швартовым устройствами, узлами подсоединения шлангов. Крепится терминал на 4 якоря и может погружаться по команде с блока управления.

Подводное судно снабжения ведет исследование донной поверхности и картографирование дна в районе предполагаемых месторождений и пролеганий трасс магистральных трубопроводов, участвует в выполнении монтажных работ на подводных сооружениях, доставке на них технического персонала и его эвакуации в аварийных ситуациях. Оно осуществляет транспортировку средств жизнеобеспечения модулей плавучести и промыслового оборудования, прием и передачу на берег хозяйственно-бытовых и сточных вод, отработанных жидкостей, расходных материалов, мусора. Также используется для выполнения ремонтных работ и контроля технического состояния подводных сооружений и трубопроводов.

Судно оснащено атомной энергетической установкой мощностью около 15000 кВт. На нем предполагается разместить 2 обитаемых подводных аппарата и 1 необитаемый- наблюдательный. Оно может транспортировать автономный подводный аппарат, предназначенный для монтажа, обслуживания и ремонта трубопроводов. Имеется глубоководный водолазный комплекс для выполнения подводных работ методом длительного пребывания на глубине до 500 м, методом кратковременного погружения на глубине до 200 м, а также проведения декомпрессии до 50 человек, спасенных "сухим" или "мокрым" способом.

Судно оборудовано погрузочными устройствами грузоподъемностью 25 т, устройствами для протаивания льда, подводной сварки и резки, для размыва грунта. Для экипажа предусмотрены достаточно комфортные условия обитаемости. Нормальное функционирование судна в высоких арктических широтах обеспечивается за счет наличия совершенного комплекса радиоэлектронного оборудования, систем, устройств и механизмов.

Рис.4. Спасательный подводный аппарат.

Водоизмещение, т 90

Глубина погружения, м 350

Длина, м 16,8

Ширина, м 3,8

Высота, м 4,0

Наибольшая скорость, уз:

маршевая около 3

вертикальная 0,5

лаговая 0,5

Дальность плавания, мили 42

Экипаж, чел. 2

Количество спасаемых, чел. 42

Автономность по средствам жизнеобеспечения, ч 72

Общий срок службы, лет 15

Срок службы до заводского ремонта, лет 5

В задачи, решаемые подводным спасательным средством, входят эвакуация и спасение персонала ледостойких стационарных платформ, а также подводных блоков управления и энергетики; транспортировка сменных экипажей, ремонтников и продуктов на подводные эксплуатационные блоки (независимо от гидрометеорологической обстановки, в том числе подо льдом); оказание помощи терпящим бедствие подводным обитаемым объектам, имеющим стыковочные узлы; поиск, обнаружение и осмотр различных объектов.

При создании подводного комплекса одной из наиболее важных задач специалисты считают обеспечение безопасности его эксплуатации. Для этих целей признано необходимым все составные блоки разместить на достаточном расстоянии друг от друга. Атомным энергетическим установкам отведен отдельный корпус, их работа автоматизирована, а конструкция отвечает международным требованиям. Процесс промысловой обработки газа и конденсата автоматизирован, соответствующий блок выполнен с забортным расположением технологического оборудования. Все сооружения удовлетворяют условиям прочности, рассчитаны на высокое гидростатическое давление и действие наибольших возможных волновых нагрузок. Размещение блоков на глубине около 40-50 м позволит значительно снизить воздействие нагрузок на них.

При нормальной ледовой и штормовой обстановке блоки управления и энергетики, промысловой обработки и терминал связаны с поверхностью. В случае появления льда и айсберговой опасности сооружения погружаются на безопасную глубину. Технологическое оборудование комплекса имеет систему аварийного отключения. На всех сооружениях предусмотрены: места для обслуживания оборудования; доступ для тушения, возгорания; возможность монтажа аварийного оборудования. Оборудование и трубопроводы, связанные с газом, размещены в отдельных герметичных помещениях, которые оснащены средствами, обеспечивающими пожаробезопасность и газовый контроль.

По мнению специалистов, создание предлагаемых подводных комплексов и технических средств позволит в дальнейшем решать ряд научных и практических задач, имеющих большое значение для мирового сообщества.