Освоение углеводородных ресурсов Северного Ледовитого океана – ближайшая и неотложная перспектива

Assimilation of Arctic hydrocarbon resources – very near, but urgent perspective

Ch. GUSEYNOV, Gubkin State University of Oil and Gas

В статье предложены определенные технические решения, реализация которых может способствовать освоению акваторий Северного Ледовитого океана, практически постоянно покрытых паковым льдом, когда применимость существующих технологий освоения газовых морских месторождений достаточно проблематична.

The Article offers definite technical solutions that could contribute to development of offshore areas of the Arctic Ocean.

В ближайшие десятилетия, несомненно, резко возрастет интерес к углеводородным ресурсам Северного Ледовитого океана (СЛО), а поскольку до сих пор не существует четкого размежевания этих «вод», несмотря на наш гордо «реющий» флагшток на самой северной точке северного полюса, то на отдельные сектора СЛО будут претендовать не только соседствующие с этим океаном страны, но и многие другие развитые страны, испытывающие потребность в энергоресурсах. В этом свете сегодняшние шаги руководства нашего государства в части закрепления большей акватории Ледовитого океана за Российской Федерацией, хотя и были необходимы, но их явно недостаточно.

Мы, как и другие страны, успешно освоившие или осваивающие многие акватории, практически еще не готовы осваивать арктические, реально труднодоступные, ресурсы, прежде всего из-за отсутствия необходимых подводных плавучих технических средств, способных вести, прежде всего буровые, а затем и эксплуатационные работы в подводных условиях при наличии мощного подвижного панциря многолетних, так называемых, паковых льдов.

В настоящее время есть только неапробированные проектные предложения по созданию подводных буровых судов, размещаемых непосредственно на морском дне, что существенно ограничивает возможность их использования на глубинах, превышающих 100 – 200 м, хотя эти глубины уже достаточно успешно освоены традиционным путем – с помощью создания мощных ледостойких платформ.

Разведка и поисковое бурение таких акваторий осуществляется лишь в довольно короткие навигационные периоды, за которые, тем не менее, уже удалось открыть множество нефтегазовых месторождений путем использования традиционных плавучих буровых судов, с которых осуществлялось бурение разведочных скважин так, как это практикуется свыше 50 лет на незамерзающих акваториях, т .е. с надводных средств, находящихся на поверхности воды. И, хотя технология бурения за эти годы неузнаваемо изменилась и усовершенствовалась, основные способы бурения, включая технологию дегазации бурового раствора, и факельное сжигание (преимущественно) газовой части пластовой продукции остались неизменными, что явно задерживает создание полностью подводной технологии бурения. При этом следует отметить, что в области морского бурения скважин и их освоения (в особенности, на скважинах с подводным заканчиванием устья) появилось множество новых технических средств, часть которых нашла применение и на суше благодаря своей эффективности
Гусейнов Чингиз Саибович, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации проектирования сооружений нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа им Губкина, окончил нефтепромысловый факультет Азербайджанского Индустриального института и аспирантуру МИНХ и ГП им. Губкина по кафедре транспорта и хранения нефти и газа.

Имеет свыше 250 опубликованных работ в области промысловой подготовки нефти и газа, транспорта газа и обустройства морских нефтегазовых месторождений, автор двух учебников по освоению морских месторождений, Словаря морских нефтегазопромысловых терминов.
В то же время значительная часть Ледовитого океана не только существенно превосходит эти глубины, но и покрыта подвижным ледовым панцирем, что делает практически невозможным использование наработанных приемов и технологий, исключая, пожалуй, геофизические методы исследования глубоководных недр, и то лишь с надежной поддержкой мощных ледокольных судов (хотя и это довольно проблематично).

Изложенная констатация позволяет нам представить определенные предложения о путях преодоления назревших проблем с некоторыми обоснованиями этих предложений.

В связи с непреодолимыми ледовыми условиями СЛО логичным будет искать разрешение в создании подводных плавучих средств, позволяющих вести поиски нефтегазовых месторождений, бурение скважин и их эксплуатацию полностью под водой, значительно ниже плавучих ледовых полей. А поскольку глубины СЛО значительно превышают разумные технически доступные глубины, т. е. превышают глубины в 300 м, то нам не следует создавать подводные технические суда нефтегазопромыслового флота, рассчитанные на большие глубины, т. е. на суда, которые могли бы погружаться на морское дно. Это технически разумное предостережение, естественно, нацеливает нас на значительно меньшие глубины. Зная природу ледовых полей, механизм их торошения и разломов (или же изучив их на конкретной акватории!), следует ориентироваться на создание необходимых плавучих подводных технических средств на глубины 100 – 150 м, в которых гарантированно не будут иметь место ледовые воздействия. По существу прочность оболочек судов на этих глубинах должна быть рассчитана на гидростатическое давление 1,0 – 1,5 МПа, а прочность каркаса – на массу оборудования и материалов, необходимых для выполнения функциональных задач.

Таким образом, суда технического флота на этих глубинах будут находиться в значительно более благоприятных условиях, нежели на поверхности океана; здесь будет практически постоянная круглогодичная температура, исключена качка в силу отсутствия ветроволновых воздействий. Эти преимущества наряду с повышением надежности выполнения своих функциональных задач позволят выполнять их круглый год независимо от сезонов. При этом удельная металлоемкость предлагаемых подводных судов не будет превышать металлоемкости традиционных плавучих технических средств, поскольку на последних значительные затраты составляют решения, противодействующие ветроволновым и ледовым воздействиям. Тем более, что это рациональное техническое решение, хорошо апробированное в военно-технических целях, легко адаптируется к нашим нефтегазовым проблемам.

Действительно, большое количество подводных, преимущественно атомных, лодок постоянно курсируют по разным маршрутам подводных просторов, находясь под водой непрерывно по нескольку месяцев. И многие такие технические задачи, как энергообеспечение, регенерация воздуха, водоподготовка и другие, надежно и успешно претворены в жизнь. Эти хорошо отработанные технологии могут быть заложены и в наши технические решения по созданию аналогичных подводных средств бурения и эксплуатации, разумеется, с определенной степенью адаптации используемых технических средств к новым, формулируемым здесь техническим задачам, поскольку в подводных технологиях следует стремиться максимально ограничивать численность персонала, и приоритет будет принадлежать роботизированным операциям с учетом новых научно-технических достижений.

Безусловно, в пределах одной статьи невозможно перечислить все проблемы, которые, естественно, возникнут в процессе создания абсолютно новой для нас подводной технологии бурения, которая не всегда может использовать все то, что было создано за многие годы в традиционной «сухопутной» технологии бурения. В подводной технологии придется создавать новую систему дегазации бурового раствора, с учетом четкой ограниченности объемов подводного пространства. Та же ограниченность «живого» пространства в подлодке вынудит нас искать новое решение проблемы утилизации сбрасываемых газов, которая сейчас решается путем их факельного сжигания, и еще многое другое. Тем не менее, уже сейчас перед нами поставлены эти задачи, как и многие другие, возможно, более простые задачи адаптации водоподготовки различного предназначения, фиксации подводного судна, утилизации буровых и других отходов. Подобные задачи следует роботизировать, но настолько, насколько это будет целесообразным, т. е. экономически выгодным.

Объективности ради следует отметить, что постоянное пребывание судна под водой наряду с еще многими не найденными решениями, имеет положительные аспекты, а именно:
  • под водой более комфортные для человека температурные условия по сравнению с суровыми, часто изменяющимися арктическими гидрометусловиями;
  • отсутствие волновых, ветровых и тем более ледовых воздействий позволяет значительно снизить затраты на противодействие им, не создавая различных устройств, и в конечном итоге уменьшить корпусную материалоемкость;
  • можно с меньшими энергетическими затратами обеспечить динамическое позиционирование судна (по существу необходимо лишь обеспечить постоянное противостояние подводным течениям, также практически постоянным по времени и направлениям).
Еще хотелось бы обратить внимание на то, что современные подводные суда, преимущественно имеющие военную направленность, пытаются создать с максимально возможным ходом и маневренностью, что предопределило их конструктивные особенности: удлиненность и обтекаемость; в то же время суда нефтегазопромыслового флота могут пренебречь этими качествами, но для них возникают новые особенности пребывания под водой: сама длительность пребывания, причем точно на одном и том же месте, возможно, и без якорного закрепления, обусловленного большой глубиной. Эта же особенность потребует точного пребывания, как по координатам, так и по глубине, используя систему динамического позиционирования с помощью движителей, ориентированных не только по горизонтали, но и по вертикали. В связи с этим возникает необходимость наряду с известной системой удержания судна – динамического позиционирования судна на заданной точке, – создать не менее важную для ряда подводных плавучих средств нефтегазопромыслового флота систему динамического пребывания судна на заданной глубине, т. е. наряду с позиционированием по горизонтали создать систему позиционирования по вертикали. Что потребуется для подводных буровых судов особенно на начальной стадии строительства первой эксплуатационной/разведочной скважины. Ведь когда будет пробурена первая скважина, уже будет создана своеобразная якорная система благодаря наличию водоотделяющей колонны, удерживающей судно по вертикали.
Рис. Схема компоновки модулей бурового/эксплуатационного судна в плане
Специфика морской нефтегазодобычи обычно характеризуется еще и тем, что бурение скважин осуществляется одним судном, а общая эксплуатация многих скважин – другим техническим средством; эти суда обладают одним общим объектом – скважинами, окончания которых (т. е. устья с арматурой) могут быть расположены как на донном темплейте, так и на плавучем темплейте. Расстояния устьев скважин между собой в этом темплейте, который мы назовем устьевым модулем, практически в целом ничем не отличающимся от обычной стационарной платформы, должны быть не менее 2,5 – 3,0 м. Такой модуль, представленный на рис., в виде внутренней окружности с расставленными в ней устьями скважин, может, подобно другим модулям с нормобарическим давлением, обслуживаться персоналом как обычные скважины на стационарной платформе (надежность эксплуатации подобных скважин давно апробирована многолетней практикой), в отличие от устьев скважин, установленных на морском дне и управляемых гидравлическим путем. Эти скважины (как и пробуренные с традиционной полупогружной установки) будут связаны с морским дном так называемыми водоотделяющими колоннами, непосредственно соединенными с направлениями (как частями конструкции скважин). Устьевой модуль, как и все другие, должен обладать собственной плавучестью, регулируемой с целью пребывания на одной и той же глубине. Конструктивно устьевой модуль должен заменить традиционную буровую вышку с присущим ей оборудованием (как ротор, верхний силовой вертлюг и т. п.), а остальное буровое оборудование должно размещаться в секторах/модулях бурового предназначения.

В отличие от традиционных подлодок буровым и эксплуатационным судам можно придать сферическую (или близко к ней) форму и создавать/собирать их секторально, в соответствии с модульным принципом, конструктивно напоминающим форму апельсина со своеобразной в центре «начинкой», заполненной устьями скважин.

Представленные на рис. сектора/модули бурового судна, как мы предполагаем, в количестве 8 единиц (хотя кораблестроители, придерживаясь предложенного принципа, могут изменить их количество в ту или иную сторону), а именно: жилой, энергетический, инженерный, водоподготовки и регенерации воздуха, бурового оборудования, насосно-компрессорного оборудования, подготовки бурового и цементного раствора, хранилища труб различного назначения и химреагентов.

Нетрудно заметить, что для эксплуатационного судна первые 4 сектора/модуля могут быть оставлены, а оставшиеся 4 модуля следует заменить на другие функциональные модули: сбора и подготовки пластовой продукции, насосов и компрессоров, хранилища нефти, модуля хранения и регенерации различных химреагентов. При этом все модули должны обладать собственной плавучестью, регулируемой для установки и последующего извлечения. Кроме того, эти модули/сектора должны буксироваться, естественно, подводными буксирами по месту назначения.

Вокруг всех секторов/модулей должны быть внутренний и наружный коридоры (на рис. они не показаны); внутренний коридор должен преимущественно служить для перемещения персонала по модулям, а внешний – для приема персонала и его эвакуации в случае необходимости. К внешнему коридору должны пришвартовываться (а точнее – шлюзоваться) пассажирские суда и суда различного назначения. Кроме того, сбоку одного из секторов, а именно – регенерации воздуха, можно установить выдвижную трубу, предназначенную для приточно-вытяжной вентиляции и с этой целью поделенную в поперечном сечении на две части (эта труба будет выдвигаться вверх в случае отсутствия ледовых полей и в ее верхней части будет снабжена небольшим круговым понтоном в виде своеобразного «бублика»).

Таким образом, универсальный модульный принцип, заложенный в основу сборки бурового и эксплуатационного судов, позволяет сохранить на точке (т. е. на месторождении) часть модулей общетехнического назначения, а, именно, энергетический, инженерный (водоподготовки и канализации, регенерации и кондиционирования воздуха, отопления, вентиляции, электротехнический), жилой. В этом случае в буровом судне, после завершения его непосредственных функций (пробурить запланированное число скважин), можно отсоединить не все судно целиком, а лишь те модули, которые завершили свои функции, и на освобожденные места установить модули технологического предназначения, как сбора и подготовки пластовой продукции, перекачки (раздельно или совместно) пластовой продукции, а также ее хранения.

Все модули должны быть оборудованы собственными унифицированными узлами для стыковки с подводной опорной конструкцией и смежными модулями, образуя таким образом единый подводный объект, предназначенный для эксплуатации скважин, подготовки добываемой продукции с последующей закачкой этой продукции в соответствующие подводные трубопроводы.

Все системы: кондиционирования и очистки воздуха, водоподготовки различного назначения, освещения, теплоснабжения, санитарно-бытового обеспечения должны быть аналогичны соответствующим системам атомных подводных лодок.

А вообще для полностью подводного освоения месторождений (возможно, не только нефтегазовых, но и других полезных ископаемых) потребуется по существу новый класс подводных судов технического флота.

В заключение первой части нашей статьи необходимо отметить, что современный атомный флот (подлодки, ледоколы) уже убедительно доказал безальтернативность атомной энергетики в таком экстремальном регионе, как Арктика, и поэтому, если наши намерения – освоить арктические ресурсы углеводородов серьезны, то следует опереться и в дальнейшем развивать именно атомную энергетику. И если известный французский эколог Б. Комби, недавно посетивший нашу страну и Калининскую АЭС, считает, что даже после известной трагедии на АЭС Фукусимы необходимо еще более интенсивно развивать атомную энергетику, то для такого региона как СЛО она просто безальтернативна.

Затрагивая проблемы освоения углеводородных ресурсов СЛО, следует также остановиться на переработке газа (т. е. в основном – метана) в жидкие энергоносители, поскольку геологические прогнозы предвещают открытие преимущественно газовых и газоконденсатных месторождений. И без решения этой не менее грандиозной по значимости проблемы, чем создание специализированного флота нефтегазового назначения, мы не сможем воспользоваться газовыми богатствами

Нами еще в конце 90-х годов были проанализированы многочисленные публикации, связанные с создаваемыми в настоящее время полупромышленными методами переработки низкомолекулярных парафиновых углеводородов ([1] в главе 16). Среди этих методов – процессы паровой, углекислотной и кислородной конверсии, парциального окисления и окислительного дегидросочетания метана, пиролиза, дегидрирования и ароматизации парафинов C2-C5, а кроме этого – превращение образующихся в ходе этих реакций веществ в конечные химические продукты и моторные топлива.

Не менее заманчивым для переработки компонентов природного газа представляется процесс с использованием катализатора прямого превращения метанола в бензол. Поскольку в условиях этого процесса подвергаются ароматизации и более тяжелые парафины C2-C5, его применение позволит создать простой по технологии метод одностадийной переработки газа в высокооктановый бензин. Однако значительной трудностью, до сих пор не преодоленной, является очень короткий период стабильной работы катализатора, поэтому для промышленного использования предстоят еще научно-исследовательские работы.

Вообще же необходим поиск новых катализаторов и оптимальных условий проведения процессов окислительной переработки метана, которые позволят приблизить выход целевых продуктов к максимально возможному.

На наш взгляд, одним из вариантов мог бы стать путь конверсии метана как основного компонента природного газа в более тяжелые углеводороды (начиная с пропана и выше), а для этого необходимо синтезировать новые катализаторы. А в настоящее время наиболее отработанной технологией переработки газа является производство метанола и во многих странах уже давно функционируют такие заводы. А поскольку с развитием промышленной инфраструктуры дорожает площадь, возникли предложения по созданию плавучих судов, на которых размещаются все технологические аппараты, предназначаемые для переработки газа в метанол.

Итак, как видно, GTL-технология (gas-to-liquid) особенно привлекательна для наших арктических газовых месторождений, общие запасы которых уже сейчас превышают 12 трлн м3 газа, а если учесть, что изучена всего лишь малая часть наших арктических акваторий, то необходимость переработки газа в жидкие энергоносители становится очевидной, поскольку только танкерный вывоз жидкой продукции осуществим в наших условиях на большие расстояния и, несомненно, при этом получат развитие подводные танкеры, поскольку во льдах обычному танкеру, даже ледового класса, необходима поддержка ледокола, что удваивает транспортные расходы.

В настоящее же время для подводных условий наиболее «готова» к использованию технология сжижения природного газа с применением жидкого азота, который придется доставлять на месторождение подводными газовозами, а взамен вывозить сжиженный природный газ. Пожалуй, на сегодня это – единственный, пока безальтернативный, способ доставки газа потребителю.

В данной статье мы вовсе не пытаемся предопределить направление научных исследований, нацеленных на переработку газа в жидкие энергоносители или полупродукты сырьевого назначения. Нашей целью является, прежде всего сам вопрос постановки такой проблемы, значение которой далеко выходит за пределы самой газодобывающей отрасли, приобретая огромное значение для страны в целом, свидетельствуя не только о нерастерянном еще научном потенциале, но и о технической потенции для реализации освоения ресурсов Северного Ледовитого океана.

Наше отечественное судостроение, как и химическая школа, вполне могут справиться с поставленными проблемами при соответствующем внимании и финансировании со стороны, как государства, так и ОАО «Газпром».

Литература

  1. Гусейнов Ч.С., Иванец В.К., Иванец Д.В. Обустройство морских нефтегазовых месторождений. М.: Изд-во «Нефть и Газ», 2003. 608 с.

References

  1. Ch. S. Guseynov, V.K. Ivanets, D.V. Ivanets. Development of sea oil & gas fields / Moscow: “Oil & Gas” publishers, 2003. 608 pages

Комментарии посетителей сайта

    Функция комментирования доступна только для зарегистрированных пользователей


    Авторизация


    регистрация

    Гусейнов Ч.С.

    Гусейнов Ч.С.

    д.т.н., профессор кафедры автоматизации проектирования сооружений

    РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина

    Просмотров статьи: 3088

    Rambler's Top100

    admin@burneft.ru