книги / Морская нефть. Развитие технических средств для освоения морских арктических месторождений нефти и газа. Переработка продукции скважин

Рисунок 1.124 — Детали вращающейся баш енной системы:

Задача системы заключалась в облегчении операций освобождения и по­ вторного монтажа. В связи с этим основание было сконструировано таким об­ разом, чтобы регулировать его свободное падение путем нагнетания сжатого воздуха, что, в свою очередь, ослабляло влияние морского дна на конструкцию.

В освобожденном состоянии модуль оставался на морском дне, в то время как якорные тросы и райзеры поднимались над дном с помощью буев, чтобы предотвратить их спутывание, но не очень далеко от его уровня во избежание риска повреждения большими айсбергами.

Система контроля за льдами основана на исторической информации и дан­ ных, собранных на месторождениях, а также математических моделях веро­ ятности столкновения. Она была способна обеспечить требуемый уровень безопасности, при этом сводя к минимуму эксплуатационные простои.

Система начинала перемещение сооружения, когда возникала вероятность появления максимальной допустимой нагрузки со стороны льдов, превышаю­ щей предельные значения. Она обслуживала три концентрические зоны, окружающие установку:

1.Внешнюю. В районе видимости, где собирались и тщательно обрабатыва­ лись данные о характеристиках дрейфующих льдов.

2.Промежуточную. В случае тревоги, когда осуществлялось разъединение перед надвижением льда.

3.Внутреннюю. В случае опасности, когда эксплуатационное судно переме­ щалось перед надвижением льда.

По мнению специалистов компании «Текномаре» эксплуатационную сис­ тему возможно сделать технически надежной в арктических водах, включив в нее систему контроля за льдами. Это позволяло значительно уменьшить проектную нагрузку, определяемую льдами. Иными словами, подобные нагрузки могли быть гораздо меньше значений, предельных для систем, раз­ работанных по этой технологии.

Не оставались без внимания и постоянно совершенствовались суда об­ служивания буровых и эксплуатационных платформ, а также танкеры для работы в арктических условиях.

Перерывы в техническом снабжении нефтяных работ, вызванные ле­ довым покровом арктических морей, приносили компаниям-операторам значительные убытки. В целях снижения такого рода убытков и продления сезона работ в Арктике компания «Мак-Дермотт шипъярдс» совместно с ко­ раблестроительной фирмой «Питер С. Хатфилд» спроектировала новый тип ледокольного судна с небольшой осадкой, предназначенного для обеспечения заякоривания и буксировки морских установок.

Мощность двигательной установки нового судна около 7,6 МВт, длина 71,7 м, ширина 16,5 м, масса 508 т. Водоизмещение при 30 %-й загрузке топ­ ливом и осадке 5 м составляло -1300 т, при осадке 4,3 м -544 т. При движении со скоростью 5,5-7,5 км/ч оно могло преодолевать ледовые поля толщиной до 0,6 м. Корпус судна, изготовленный из специальных сортов низкотемператур­ ной стали, сохраняющей свои свойства в условиях Арктики, имел двойное днище и специальные боковые цистерны. Противоледовый пояс обшивки судна позволял бортам выдерживать давление льда до 4,14 кПа.

Судно могло действовать в многочисленных мелководных портах Аляски и Канадского Арктического архипелага, которые недоступны для традици­ онных судов снабжения с глубокой осадкой. Свободная площадь палубы составляла 417 м2. Основная палуба была усилена: 1 м2 выдерживал нагрузку до 72 кН. Силовая установка судна снабжения состояла из четырех соеди­ ненных попарно двигателей с двойной редукторной передачей. Мощность каждого двигателя 1,9 МВт. Для экономии топлива при выполнении судном функций снабжения два двигателя могли быть отключены. При заводке яко­ рей, буксировке или использовании судна в качестве ледокола применялись все четыре двигателя.

Под основной палубой размещались резервуары для топлива (948 м3), пи­ тьевой воды (114 м3), отсек для сыпучих материалов (227 м3) и цистерна для балластной или технической воды (637 м3). Жилые помещения рассчитаны на команду из 24 чел. Судно снабжалось носовым подруливающим устройст­ вом диаметром 122 см и мощностью 0,3 МВт, что намного повышало его маневренность. Для заводки якорей на корме судна располагался роульс диа­ метром 1,8 м и длиной 3,6 м. На палубе судна монтировалась двухбарабанная буксирная лебедка, рассчитанная на 763 м стального троса диаметром 64 мм, а также два ящика для хранения 2440 м якорной цепи диаметром 75 мм.

Проект судна отвечал всем требованиям канадских и американских кодек­ сов, предъявляемым к корпусу и двигателям ледокольного судна класса IAA неограниченного района плавания.

В 1987 и 1988 гг. на верфи в г. Савоинлинна фирма «Раума-Репола» по­ строила два геодезических судна с малой осадкой по заказу Министерства газовой промышленности СССР.

Верфь в г. Савоинлинна специализировалась на строительстве неболь­ ших судов особого назначения, предназначенных для работы в ледовых условиях. В 1985 г. на ней были построены для СССР два гидрографических судна, а в 1987 г. верфь завершила строительство по советскому заказу двух танкеров для перевозки метанола. Одно геофизическое судно базировалось

вг. Мурманске. Оно предназначалось для работы в Баренцевом и Карском морях, а позже для проведения исследований в Охотском море. Другое судно предназначалось для работы на мелководье северной части Каспийского моря. Геофизическое картирование на мелководье достаточно трудоемко и требова­ ло много времени. Изготовленные суда в течение длительного времени могли производить изыскания даже на трехметровой глубине моря.

Погодные условия в Арктике могли часто меняться, а разведочные суда зачастую вели изыскания в отдаленных районах. Построенные суда могли работать при температуре воды -2. °С, воздуха — до -25 °С (во время отстоя

взимних условиях суда выдерживали температуру воздуха до -40 °С). Все оборудование, включая катушки для сейсмокабеля, размещалось в обогревае­ мых помещениях.

Прочность корпуса отвечала советским требованиям, предъявляемым

кледовому классу L1.

Для создателей судна было сложно совместить в одном проекте следующие требования: монтаж на каждом из этих судов главных двигателей мощностью 1300 кВт; размещение до 30 чел.; упрочнение корпуса; установка всего иссле­ довательского оборудования; размещение необходимых материалов, обеспе­ чивающих автономность судна в течение 25 сут; сохранение устойчивости судна при осадке 2 м.

Частично эти требования были удовлетворены благодаря использованию алюминия в качестве строительного материала при возведении надстройки, а также выбору чрезвычайно сложной конструкции корпуса.

Большое внимание было уделено проблеме максимального снижения шума. Все машины и механизмы устанавливались на амортизирующих осно­ ваниях; для привода подруливающих устройств использовались электродви­ гатели постоянного тока; предусматривалась изоляция от шумов, распростра­ няющихся в воздухе, а остальные конструкционные шумы демпфировались специальным корпусом с двойным днищем. Винты и корпус рассчитывались на скорости, необходимые при геофизических работах.

Четыре главных генератора вырабатывали электроэнергию для двух двигателей постоянного тока, служащих приводом двум полноповоротным подруливающим устройствам с фиксированными лопастями. Суда оборудо­ вались также носовыми подруливающими устройствами.

С судов можно было спускать 96-канальные аналоговые сейсмокосы длиной 2800 м, предназначенные для работы на мелководье. Навигационная

К середине 90-х гг. XX в. наиболее сложные проблемы, связанные с про­ хождением судов во льдах, в определенной степени были решены. Для обес­ печения прохода через ровные ледовые поля и обломки торосов инженера­ ми были предложены наиболее оптимальные конфигурации носовой части судна, а также способы усиления корпуса и увеличения мощности главных двигателей. Однако еще оставался ряд важных вопросов (трудности при ма­ неврировании; торможение, вызываемое трением корпуса судна о ледовое поле; повреждения льдом двигателей и маневровых установок), рациональ­ ное решение которых могло в значительной степени повлиять на мореходные качества судна и рентабельность его эксплуатации.

Фирма «Омнитрастер» смогла найти комбинированное решение проблем. Разработанная ею система водометных движителей «Омнитрастер», обес­ печивающая лучшую маневренность и удержание судна в заданной точке, объединенная с системой аэрации забортной зоны «Омнифейзер», позволяю­

щей преодолеть трение корпуса о лед, была одной из лучших. Кроме того, во избежание контакта льда с механизмами судна и возможного их повреждения водометы отгоняли битый лед от корпуса судна.

«Омнитрастер» забирала воду через кингстон, расположенный в самой нижней части судна, где льда сравнительно мало. Ударопрочные решетки не допускали попадания в систему больших кусков льда, в то время как ма­ ленькие проходили беспрепятственно, не образуя закупорок. Для удаления из воды мусора и льда рабочее колесо насоса реверсировало.

Вэтой части судна из-за очень низких температур применялись специаль­ ные стали и криогенные материалы.

При разработке системы аэрации забортной зоны предусматривалось, что вода могла быть отведена от водомета и направлена в жидкостно-газовые смесители, которые засасывали воздух, затем выпускали его через сопла, рас­ положенные под ледовым покровом. Устройство обеспечивало эффективное смешение без сжатия воздуха; оно могло быть применено или в соединении с во­ дометом «Омнитрастер», или с приводом от кинетического преобразователя.

Встандартном варианте водомет или преобразователь могли быть со­ единены с 18-20 отдельными устройствами «Омнифейзер», размещенными вдоль корпуса на расстоянии 3-4 м друг от друга. Примерный объем воздуха, всасываемый этими устройствами, 126 м3/мин.

Предлагаемая фирмой «Омнитрастер» система позволяла снизить трение благодаря выделению большого объема пузырьков воздуха и воды (в виде пены) вокруг корпуса судна и смачиванию его поверхности в зоне контакта со льдом.

Дополнительный объем морской воды мог быть направлен в каналы, иду­ щие вдоль корпуса. Вода, выпущенная сплошным потоком вниз по бортам судна, обеспечивала дополнительное уменьшение коэффициента трения там, где это потребуется.

Системы сбалансированного сброса воды, установленные по обоим бортам корпуса на уровне нижней кромки ледового покрова, отталкивали от судовых движителей куски льда и уменьшали тем самым опасность их повреждения.

Водометы «Омнитрастер» в комбинации с системой аэрации забортной зоны в 1987 г. были установлены на ряде судов.

В 1985 г. по заказу корпорации «Галф флит марин» осуществлялось строительство двух многофункциональных судов (судно снабжения, буксир, завозчик якорей), которые пополнили парк самых крупных и мощных судов, построенных в США.

Суда предназначались для работы в водах большой глубины и суровых климатических условиях. Их размеры 67,7 * 14 х 6 м. Мощность энергетичес­

кой установки и оборудования для заякоривания позволяла с помощью судов крепить полупо1ружные платформы третьего поколения на глубинах моря до 1220 м. Кроме того, на судах предусматривалось размещение ящиков для цепей и вьюшек для троса, обеспечивающих хранение 3658 м якорных цепей диаметром 76 мм и 3658 м шкентеля диаметром 63,5 мм. Это позволяло не только сократить до минимума время, необходимое на установку платформы на точку, но также привело к тому, что судно становилось неотъемлемой со­ ставной частью ее системы заякоривания.

Оба судна были освидетельствованы Американским бюро судоходства и получили ледовый класс А, что позволило использовать их в Беринговом море в районе 60° с. ш., а также на других отдаленных акваториях с суровыми климатическими условиями.

На каждом судне были установлены четыре дизеля с турбонаддувом об­ щей мощностью 8238 кВт. При обычном обслуживании морских сооружений работали только два двигателя, в то время как при выполнении сложных ра­ бот (установка якорей, буксировка) предполагалось включение всех четырех. Потребление горючего двумя двигателями эквивалентно расходу горючего судном снабжения мощностью 2200 кВт.

Вконструкции нового ледокола, строящегося для использования в Бал­ тийском море в 1987 г., учтен опыт, накопленный специалистами Канады при эксплуатации судов в высоких широтах Арктики.

В1988 г. компания «ГВА» должна была закончить по своему проекту строительство ледокола «Оден II» для шведского правительственного агент­ ства. К проектированию судна компания привлекла занимающуюся бурением

вАрктике фирму «Канмар»; необходимо было получить сведения об опыте эксплуатации в море Бофорта ледоколов «Кигориак» и «Робер Лемеур».

Цель проекта — создание высокоэффективного ледокола, затраты на

эксплуатацию которого не были бы велики. Судно во льдах толщиной 1,8 м должно было поддерживать скорость движения 3,9 км/ч и обладать хорошей маневренностью для оказания помощи судам разного типа. Такие показатели сравнимы с характеристиками крупнейших ледоколов США «Полар стар» и «Полар си», они были достигнуты благодаря удачно выбранным обводам корпуса, а также использованию двигателя достагочной мощности и несколь­ ких специальных вспомогательных устройств.

Обводы корпуса были взяты из проектов канадских судов, причем сила, разрушающая лед, концентрировалась на широком носу, представляющем не­ большую часть всего корпуса. Это уменьшало общую силу, необходимую для прохождения во льдах толщиной 1,8 м, и означало, что на единицу мощности судна приходится более значительная разрушающая способность. Благодаря тому что носовая часть корпуса стала шире, за новым ледоколом образовывал­

ся канал шириной 30,5 м против 24 м у ледоколов, используемых на Балтике. В результате следующие за ним суда имели большее пространство для ма­ неврирования, кроме того, можно было увеличить скорость движения. Форма корпуса способствовала тому, что разбитые осколки льда относились в сто­ рону, образуя более чистый канал, чем после прохождения других ледоколов.

Разработка корпуса включала модельные испытания в опытном бассейне компании «SSPA» в Гётеборге, а также моделирование ледовых условий на стенде компании «HSVA» в Гамбурге. Результаты этих испытаний, а также данные об эксплуатации фирмой «Канмар» судов в море Бофорта позволили инженерам компании ГВА обоснованно рассчитать разрушающую мощность корпуса.

Новый ледокол имел два блока силовых установок, обеспечивающих его движение. Каждый блок приводил в движение один винт с регулируемой длиной шага, размещенный в защитной насадке. Предусматривалась зубча­ тая передача и гибкое подсоединение к дизелю с маховиком. Такая же схема силовых установок использовалась на ледоколах фирмы «Канмар». Общая мощность на выходе силовых установок этого судна составляла 18,3 МВт.

Специальное покрытие корпуса уменьшало трение. Предусматривались помпы, которые подавали воду, служащую своеобразной смазкой для умень­ шения трения между бортами судна и льдинами. Толщина специального защитного покрытия на носу судна составила 48 мм.

В1985 г. фирма «Гасто энджиниринг» продолжала начатое в 1983 г. де­ тализированное проектирование бурового судна с системой динамического позиционирования для сложных климатических условий, заказанное компа­ нией «Хелмер Стаубо». Голландская инженерная фирма стремилась к созда­ нию судна, конкурирующего с полупогружными установками в мореходных качествах и возможностях бурения.

Врезультате был создан проект бурового судна, рассчитанного на работу

вводах глубиной 2300 м. По сообщениям конструкторов, модельные испы­ тания показали преимущества судна перед полупогружными установками

вкомпенсации вертикальной качки на буровой площадке в сложных погодных условиях. На 30% снижалось время простоя в зонах, находящихся у северно­ го побережья Норвегии или у восточного побережья США и Канады.

Кособенностям судна относился расположенный в центральной части корпуса склад для хранения превентора с проходным отверстием 0476-мм, рассчитанного на давление 102 МПа. Склад находился на уровне буровой площадки. Второй превентор использовался в буровых операциях. Размеры судна (211 *29 м) позволяли разместить на нем оборудование для бурения через придонную плиту, подводного заканчивания скважин, укладки или заглубления трубопроводов.

Осуществленная к середине 80-х гг. XX в. обширная исследовательская программа и накопленный опыт обеспечивали возможность перевозки нефти из арктического региона Канады по новому морскому пути.

Наиболее перспективным вариантом решения сложной проблемы транспортирования нефти, добытой из месторождений, расположенных

вканадском секторе моря Бофорта (в дельте реки Маккензи), считалось использование флота ледокольных танкеров. По оценке специалистов,

вэтом районе несколько месторождений по запасам нефти были близки

крентабельным. В связи с этим компания «Доум петролеум» и ее филиал «Канмар» осуществляли обширную программу работ по разработке реаль­ ных технических условий для постройки ледокольных танкеров класса 10, способных преодолевать ледовые поля толщиной 10 футов (3 м) и плавать

вводах Арктики круглый год.

Канадская Арктика отличалась более тяжелыми ледовыми условиями, чем другие регионы, в которых приходилось вести работы ледокольным судам (например, Великие озера или Балтийское море). Здесь больше средняя тол­ щина ледовых полей, немалые трудности вызывали торосы (особенно если они опирались на дно), которые могли иметь надводную часть высотой до 5 м, а подводную — до 20 м. Однако наибольшую опасность таили в себе большие ледовые горы и айсберги, часто встречающиеся в восточной части Северо-Западного прохода, в море Баффина и Девисовом проливе.

По мнению специалистов, арктический ледокольный танкер класса 10 должен был отвечать следующим основным требованиям: иметь хорошую скорость при продвижении сквозь сплошные ледовые поля; обладать спо­ собностью безостановочно продвигаться сквозь торосы; иметь аппаратуру для обнаружения айсбергов и достаточную маневренность для избежания столкновения с ними; иметь достаточную прочность, чтобы выдержать столк­ новение с айсбергом, если его не удастся избежать, и давление льдов, если будет затерт ими; быть оснащенным спасательным оборудованием на случай любой аварийной ситуации.

Специалисты компании «Доум петролеум» считали, что арктический ледокольный танкер класса 10 должен быть судном средних размеров и во­ доизмещением около 200 тыс. т. Для удовлетворения основных проектных требований прочность его носовой части должна была быть приблизительно в 75, а средней части в 3 раза выше, чем у танкеров традиционных конструк­ ций, плавающих в водах, свободных ото льда. Судно должно иметь двойной корпус, а на случай повреждения донной части внутреннего корпуса танкера предусматривались дополнительные меры для предотвращения утечки нефти.

Основой для проекгирования таких танкеров служил опыт разработки и эксплуатации (с 1979 г.) первого построенного специально для нужд нефтя­

ной промышленности арктического ледокола «Канмар-Кигориак», а также судна второго поколения «Роберт Лемер», представляющего собой прототип (в Уа величины) будущего танкера. «Роберт Лемер» был построен в 1982 г. и использовался в качестве ледокольного судна снабжения.

Арктический ледокольный танкер класса 10 имеет сравнительно корот­ кий ложкообразный нос, ширина которого на 2 м больше, чем ширина судна

спараллельными бортами в средней части. Ледовый резак, необходимый при продвижении сквозь льды с грядами торосов, встроен в хвостовик форштевня.

Силовая установка более мощная, чем у обычных танкеров, спроектиро­ вана с полным дублированием всех основных узлов. Гребные винты с регули­ руемым шагом снабжены кольцевой насадкой для улучшения тяги и защиты лопастей от ледяных глыб. Для снижения трения корпуса танкера о льды проектировались специальные смазочные системы. Результаты испытаний

ирасчеты показывали, что судно сможет разворачиваться на поверхности диаметром, равным шести длинам его корпуса, при толщине льда 1,8 м.

Проектировщики учитывали все возможности, чтобы обеспечить безопас­ ность плавания судна и снизить риск загрязнения окружающей среды. С этой целью предполагалось применить новейшие системы погрузки нефти, нави­ гационного обеспечения, обнаружения льдов и управления судном. Экипажи должны были формироваться из высококвалифицированного персонала.

Врезультате всех этих мер вероятность разлива нефти при аварии аркти­ ческого ледокольного танкера класса 10 снижалась в 120 раз по сравнению

собычным современным танкером. Тем не менее готовился план мероприя­ тий на случай аварийной ситуации. Предполагалось создать оснащенные соответствующим оборудованием пункты по очистке поверхности моря от нефтяных пятен вдоль всей трассы Северо-Западного прохода. Летом 1983 г. Канадская гидрографическая служба завершила сбор данных о донных объ­ ектах на трассе прохода, которые могли создать помехи судовождению в этом районе. По результатам этой работы были созданы детальные карты.

План разработки и строительства ледокольного танкера класса 10 пре­ дусматривал выполнение работы по этапам, с созданием и эксплуатацией прототипного судна на каждом из них, что позволило избежать ненужной экстраполяции в исследованиях. Компании «Канмар» и «Доум петролеум» планировали постройку ледокола класса 10, эксплуатация которого должна была продемонстрировать возможность круглогодичного арктического судо­ ходства и дать основу для разработки требований к проектированию аркти­ ческого ледокольного танкера класса 10.

Необычным транспортным средством для северных условий мог стать воздушный шар и дирижабль. Считалось, что эра дирижаблей завершилась

в1937 г. с катастрофой дирижабля «Гиденбург». Но 16 марта 2002 г. компа­

ния «Карго Лайфер Аж», расположенная в Берлине, продала свой первый воздушный шар CL 75 «Аир Кран» канадской компании по транспортиров­ ке тяжеловесных грузов «HLC» в Канаде. Компания «HLC» предполагала использовать CL 75 для перевозки нефтепромыслового оборудования и по­ ставки его в отдаленные северные районы Канады, например в дельту реки Маккензи.

Компания «Карго Лайфер» была основана 93 акционерами в 1996 г. для разработки, изготовления, эксплуатации и торговли большими воздушными кораблями для транспортировки больших, тяжелых грузов во всем мире. Кроме того, компания создала отделение, которое оказывало услуги по пла­ нированию хранения и транспортировки, используя, наряду с воздушными кораблями, традиционные способы перевозки.

Компания разработала CL 75 в ходе предстоящего создания воздушного корабля CL 160 «Флай Кран». Начата была также реализация проекта создания уменьшенного (в масштабе 1,8) варианта CL160, получившего наименование «Joey». Строительство воздушного корабля «Joey» началось в 1997 г., а его первый полет состоялся 18 октября 1999 г. Этот опыт подтвердил достоинства концепции большего CL 160. Чтобы помочь в разработке CL 160, в БризенБранде (Бранденбург) был построен большой ангар для воздушного корабля, законченный в ноябре 2000 г. Это был самый большой в мире автономный ангар размером 360 х 210 х 107 м.

Что касается CL 75, то 61-метровый воздушный шар мог транспортиро­ вать отдельные блоки оборудования массой до 75 т, длиной 13 м, шириной 6 м, высотой 6 м. Диапазон экономически оправданных расстояний транс­ портировки — 250 км. Специалисты компании «HLC» видели возможность использования CL 75 для расширения сроков короткого сезона бурения в Канаде. В 2002 г. тяжелые транспортные грузовики могпи использовать ле­ довые дороги в северной части Канады только в течение 90 дней, кроме того, они могли это делать только в том случае, если толщина дорог составляла 1,2 м или более. CL 75 должен был использоваться для того, чтобы удержи­ вать перевозимое оборудование в воздухе, при наличии буксирного троса, закрепленного на специализированном наземном транспортном устройстве. Устройство буксировало только подвешенное оборудование, что приводило к резкому сокращению воздействия на дорогу и на окружающую местность. Чем меньше такое воздействие, тем дольше могла прослужить ледовая дорога.

«Это дает потребителям системы большое преимущество», — заявил менеджер высшего ранга «HLC» Джон Ангес. — CL 75 позволит значитель­ но расширить сезон бурения. Буровые компании смогут монтировать свое оборудование с меньшей зависимостью от внешних условий». Специалисты