Наибольший объем углеводородов морских месторождений России сосредоточен на Арктичес-
ком и Охотском шельфе. Этот регион характеризуется экстремальными погодными и климатическими условиями, наличием льда, а расстояние от побережья до месторождений может варьироваться от десятков до сотен километров.
Наиболее подходящим вариантом для разработки углеводородов в таких условиях является использование подводного добычного комплекса (ПДК), поскольку он в меньшей степени зависит от погодных условий и наличия льда.
Особые требования, связанные с уникальностью района, а также его удаленностью, требуют внимания для повышения безопасности, надежности и сокращения времени реагирования, а также затрат 
на подводное наблюдение и инспекцию. На данный момент в российской практике в случае выхода из строя подводного оборудования в ледовый период начало ремонтных работ откладывается до освобождения акватории ото льда.
Эксплуатирующие компании должны управлять километрами подводных трубопроводов, подводной фонтанной арматурой, манифольдами и другими объектами ПДК, которые требуют осмотра, технического обслуживания и/или ремонта для предотвращения эксплуатационных и экологических рисков и производственных потерь. Подводное наблюдение и инспекция, как ключевой компонент в системе управления и контроля за работоспособностью, – это активный подход к выявлению областей улучшения или нарушений. В дополнение к нормативным требованиям хорошо разработанный план подводной инспекции приносит пользу оператору, повышая надежность подводного оборудования и безопасность ПДК [1, 2]. Основные задачи подводной диагностики, технического обслуживания и ремонта объектов и трубопроводов ПДК включают:
• визуальный осмотр (общий и детальный);
• контроль толщины стенок линейных объектов, например, с помощью ультразвукового контроля (УТ);
• измерение катодной защиты (CP);
• неразрушающий контроль;
• картирование с использованием сонаров электронного сканирования и лазерной батиметрии;
• обнаружение утечек;
• мониторинг состояния окружающей mсреды;
• открытие/закрытие клапанов и задвижек;
• очистка и удаление от морских обрастаний;
• закачка химреагентов;
• техническое обслуживание и ремонт.
1. Мониторинг и инспекция
В нефтегазовой промышленности требуемые показатели надежности подводного оборудования оказывают значительное влияние на капитальные затраты (из-за высокого уровня сложности проектирования и требований к надежности) и эксплуатационные затраты (из-за необходимости периодической замены и ремонта), в частности, для удаленных глубоководных районов.
Цели производственной эффективности могут быть достигнуты операторами, определяющими только надлежащую стратегию диагностики, технического обслуживания и ремонта (ДТОиР) для проверки состояния объектов ПДК, для которой обычно требуются роботизированные системы, такие как телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА) или автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) (рис. 1).
Мониторинг и инспекцию объектов ПДК можно разделить на несколько основных этапов:
1. Контроль технологических параметров.
2. Наблюдение и инспекция ПДК с использованием роботизированных систем.
3. Техническое обслуживание и ремонт.
4. Формирование необходимого комплекта запасных частей.
1.1. Контроль технологических параметров
Первым шагом в оценке рабоспособности является мониторинг технологических параметров. Система SCADA используется для мониторинга технологических параметров и позволяет непрерывно измерять параметры окружающей среды и технологические процессы на контролируемых объектах, регистрировать события, предупреждать о недопустимых отклонениях параметров, сигнализировать об аварийных ситуациях, обеспечивает сбор и архивирование данных. Важно отметить, что на основе такого мониторинга часто невозможно определить вновь возникший дефект оборудования. Технологическая схема ПДК представлена на рис. 2.
Для выявления возникающих инцидентов, которые могут в дальнейшем перерасти в аварийную ситуацию, необходимо провести расчеты технологического процесса добычи и транспортировки продукции скважин с использованием специализированных программных средств, а также производить периодический прямой визуальный осмотр подводного оборудования.
1.2. Наблюдение и инспекция ПДК с использованием роботизированных систем
Роботизированные системы, такие как телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА) или автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), использовались для контроля за целостностью подводного оборудования, включая диагностику, техническое обслуживание и ремонт на протяжении десятилетий.
В зависимости от назначения роботизированные системы могут быть в целом охарактеризованы как аппараты инспекционного типа и аппараты для проведения рабочих операций.
Инспекционные аппараты используются для проведения:
• обследований и инспекций;
• наблюдений за оборудованием и технологическими процессами;
• деятельности по мониторингу окружающей среды.
Со своей стороны, аппараты проведения рабочих операций используются для:
• оперативной деятельности (например, приведение в действие клапана);
• диагностики, технического обслуживания и ремонта.
Вышеописанная классификация носит общий характер, на данный момент современные подводные аппараты позволяют совмещать несколько функций.
1.2.1. ТНПА
Обычный телеуправляемый необитаемый подводный аппарат имеет физическую связь с судном с использованием кабеля и дистанционно управляется оператором. Он может выполнять различные задачи, включая обследование, инспекцию, операции с клапанами и другими инструментами, связанные с использованием манипуляторов. ТНПА способны работать на больших глубинах, выполнять задачи по проведению ремонтных работ с помощью гидравлических приводов и обеспечивать передачу видео в режиме реального времени. Управление и передача данных осуществляются через кабель, ведущий к судну.
Классификация ТНПА представлена ниже в табл. 1 [3].
Использование ТНПА в арктическом регионе осложняется наличием льда. Эта проблема имеет несколько составляющих:
• необходимость использования судов арктического класса, позволяющих им работать в ледовых условиях;
• высокий риск обрыва ТНПА-кабеля при работе во льдах, обусловленный низкой надежностью существующих методов удержания судна в точке при воздействии дрейфующих ледяных полей;
• удаленность существующих баз для размещения ремонтного оборудования и судовых баз.
Для решения вышеуказанных проблем целесообразно использовать автономные транспортные средства– АНПА.
1.2.2. АНПА
Автономные подводные транспортные средства – это аппараты, которые выполняют подводные задачи без физического подключения к своему оператору. АНПА запрограммированы или могут управляться оператором с использование аккустических и оптических методов передачи данных. В настоящее время АНПА широко используются для обследования, инспектирования и постоянного мониторинга окружающей среды. Эти аппараты также могут быть оснащены различным датчиками и сенсорами для расширения своих функций. [4]. Автономные подводные аппараты способны работать на глубине до 6000 м, в отличие от ТНПА, использование которых ограничено для глубоководных районов (рис. 3).
Возможность выполнения подводных работ без вспомогательного судна позволяет значительно снизить затраты и риски проведения морских операций по обследованию ПДК. Однако отсутствие вспомогательного судна и кабеля управления создает две основные проблемы:
• обеспечение заряда батареи аппарата;
• обеспечение устойчивой связи с аппаратом.
В настоящее время АНПА ограничены по дальности действия и продолжительности работы емкостью своей батареи, т.к. АНПА используют электрическую энергию для движения, питания датчиков и сбора данных [4]. Использование зарядных станций, которые стационарно установлены на морском дне в районе проведения работ, может увеличить продолжительность работы подводных аппаратов за счет перезарядки их батарей в море. Кроме того, зарядная станция может обеспечить аппарат каналом связи с оператором, находящимся на берегу, а также может быть использована для хранения и передачи данных. Однако зарядные станции еще недоступны для свободной продажи и их применение требует изменений в ПДК архитектуре.
1.2.3 Использование роботизированных систем
Как описано выше, спектр задач, выполняемых традиционными подводными аппаратами, очень похож и ограничен лишь отсутствием коммерчески доступных решений. Использование роботизированных систем, в целом, позволяет выполнять весь спектр подводных операций.
Возможности современных подводных робототехнических систем и доступность необходимых технологий представлены на рис. 5.
Заключение
Учитывая специфику Арктического региона и Дальневосточного шельфа России, к основным техническим трудностям при проведении ДТОиР в ледовых условиях можно отнести:
• продолжительность ледового периода составляет от 5 до 9 месяцев;
• необходимость использования судов арктической категории, позволяющих им работать в ледовых условиях;
• высокий риск обрыва ТНПА-кабеля при работе во льдах, обусловленный низкой надежностью существующих методов удержания судна в точке при воздействии дрейфующих ледяных полей;
• удаленность существующих баз для размещения ремонтного оборудования и судовых баз;
• использование водолазов ограничено.
Учитывая все факторы, можно сделать вывод, что использование АНПА с зарядной станцией или гибридных аппаратов, совмещающих функции ТНПА и АНПА, является наиболее перспективной технологией, которая может быть применена в арктическом регионе для целей обслуживания ПДК. Использование аппаратов с подводным позиционированием сократит время отклика и устранит время для мобилизации судов, кроме того, несомненно, снизит эксплуатационные расходы и риски. Обновление конструкции подводного оборудования и его архитектуры с включением зарядной станции повысит надежность, доступность и ремонтопригодность подводной добычной системы. Однако проблема остается в том, что на современном уровне техники нет коммерчески доступных решений для зарядных станций и гибридных аппаратов. Одним из примеров аппаратов, сочетающих в себе возможности работы как в привязном, так и в свободном состоянии, является семейство устройств под названием Freedom, разработанное Oceaneering. Ожидается, что эти аппараты будут доступны для коммерческого использования, совместно с подводной зарядной станцией к концу 2023 года [5].
