Морские нефте- и газопроводные системы

1. Основные положения

 
 
Высокая эффективность и надежность трубопроводного транспорта нефти  и газа обусловили стабильный рост протяженности морских подводных  трубопроводов. В различных странах  земного шара проложено более 60 000 тыс. км морских подводных нефтепроводов, газопроводов и продуктопроводов диаметром  свыше 100 мм. 
 
Наиболее освоенными морскими нефтегазодобывающими регионами, в которых проложено большое число подводных трубопроводов, являются Мексиканский залив и Северное море с существенно различными условиями строительства и эксплуатации нефтегазотранспортных систем. К другим районам активного морского строительства относятся Карибское море между Венесуэлой и Тринидадом; Тихий океан вдоль побережья южной части штата Калифорния и побережья Аляски; моря Тихого океана, омывающие острова Индонезии; весь Персидский залив Аравии; южная часть Средиземного моря. В последнее время к этим районам прибавился шельф острова Сахалин. 
 
Морские трубопроводные системы — сложнейшие технические объекты, работающие в трудных природных условиях. Они должны сохранять работоспособность при воздействии штормов, течений, ветров, приливов и отливов, выдерживать ледовые нагрузки, быть защищенными от айсбергов. Стоимость прокладки одного километра подводного трубопровода существенно зависит от множества факторов — технологии его прокладки, глубины моря, удаленности от береговых баз, продолжительности штормов, безледного периода, вида донных грунтов — и может составить от 50 тыс. долл. (для теплого климата) до 8—10 млн долл. (для арктических условий). 
 
Современный этап разработки и эксплуатации морских месторождений нефти и газа, все более удаленных от суши и требующих применения новых технологий и повышенных расходов на их освоение характеризуется следующими тенденциями: 

•  
  разработка месторождений меньшего размера с подключением транспортных коммуникаций к существующим сооружениям;
•  
  использование ускоренных методов строительно-монтажных работ;
•  
  применение подводных добывающих систем и сооружений;
•  
  добыча с больших глубин в неблагоприятных окружающих условиях;
•  
  добыча из глубоко залегающих геологических структур с повышенными температурами и давлениями;
•  
  применение современных методов технической диагностики для обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводов и оборудования;
•  
  применение современных методов управления проектами;
•  
  широкое использование современных средств компьютерной техники, моделирования, электронных средств связи и навигации.

 
Подводные трубопроводные системы являются эффективными средствами транспорта при освоении нефтегазовых ресурсов континентального шельфа морей  и океанов. 
 
Суровые и специфические условия сооружения и эксплуатации трубопроводов, обусловленные значительной глубиной, волнами и течением, донными переформированиями и штормами, судоходством и рыболовством, трудоемкостью и капиталоемкостью строительных и ремонтных работ, а также непосредственный контакт с высокочувствительной к загрязнению водной средой предъявляют исключительные требования к материалам, конструкции трубопровода, технологии его прокладки, соблюдению режимов перекачки и обслуживания. 
 
В мировой практике накоплен значительный опыт строительства и эксплуатации трубопроводных систем в шельфовых зонах. В частности, при освоении континентального шельфа России полезным представляется опыт обустройства промыслов и создания инфраструктуры для транспорта нефти и газа в Северном море. 
 
Подводные трубопроводы для транспортировки нефти, нефтепродуктов, попутного нефтяного и природного газов применялись еще на начальных стадиях развития нефтяной и газовой промышленности. 
 
Так, при строительстве трубопроводов на пересечении рек, каналов, проливов, озер и других водоемов раньше и теперь преимущественно прокладывают подводные трубопроводные линии. 
 
Значительное применение, особенно за последнее время, в связи с увеличением грузоподъемности наливных судов получили подводные трубопроводы, соединяющие рейдовые причалы с резервуарными парками перевалочных нефтебаз или нефтебаз прибрежных нефтеперерабатывающих заводов. По этим трубопроводам перекачивают нефть или нефтепродукты с танкеров на сушу и обратно. 
 
Кроме того, во многих нефтедобывающих странах с каждым годом все шире применяют подводные трубопроводы для обслуживания морских нефтепромыслов. 
 
Нужно отметить, что пока стоимость прокладки подводных трубопроводов, как правило, намного выше, чем сухопутных. Снижение стоимости строительства является одной из основных задач, стоящих перед морским трубопроводным транспортом. 
 
Бурение и добычу нефти в море ведут теперь не только с эстакад и искусственных островов, но и со специальных плавучих установок, оснащенных соответствующими устройствами, оборудованием и приспособлениями для прокладки подводных трубопроводов. При обустройстве морских нефтепромыслов все большее применение получают подводные затопляемые нефтехранилища. 
 
Непосредственно от скважины укладывают выкидные линии для подачи нефти к групповым сборным пунктам, а от них прокладывают подводные сборные трубопроводы, по которым нефть перекачивают на центральный сборный пункт морского нефтепромысла. Отсюда идут подводные магистральные трубопроводы, по которым транспортируют нефть на нефтебазу, находящуюся на берегу, на искусственном острове или эстакаде. 
 
С удалением морских месторождений вглубь моря и обустройством нефтепромыслов на поверхности эксплуатационные расходы, включая транспортировку нефти, увеличиваются. Значительно возрастает стоимость оснований (платформ или судов) под буровые и другие установки, увеличивается стоимость прокладки на дне морей или океанов сборных трубопроводов в районе расположения нефтепромысла и магистральных трубопроводов для доставки нефти на сушу. 
 
Подсчитано, что при протяженности морских трасс порядка нескольких сотен километров строительство трубопроводов для магистрального транспорта газа более предпочтительно, чем его перевозка танкерами, что связано с большими затратами на строительство и эксплуатацию мощностей по сжижению природного газа. 
 
При строительстве трансконтинентальных морских трубопроводов экономический эффект достигается за счет отсутствия необходимости платежей за транзит газа через территорию третьих стран. Кроме того, протяженность трасс морских трубопроводов обычно ниже, чем при преодолении водных преград по берегу. Этот эффект особенно сильно проявляется при переходе через относительно узкие и в то же время протяженные акватории, такие, как, например, Байдарацкая губа Карского моря. 
 
В качестве примеров строительства трансконтинентальных газопроводов можно привести переход через пролив Гибралтар и Транссредиземноморский трубопровод из Туниса в Италию по дну Средиземного моря. 
 
В настоящее время наиболее известным проектом является «Голубой поток», предусматривающий строительство морского участка газопровода по дну Черного моря из России непосредственно в Турцию. Его особенность заключается прежде всего в значительной глубине моря (2150 м) и сложных геологических условиях. 
 

2.  
   Морская добыча нефти и газа и ее перспективы

 
 
В настоящее время до 70% всей энергии, потребляемой в мире, дают нефть  и газ. Истощение этих природных  ресурсов на суше обусловливает увеличение их добычи в море. Уже через 10—20 лет  половину необходимой индустриальным регионам земного шара энергии смогут дать месторождения, расположенные  в морских акваториях. Ни огромные затраты на сооружение сложнейших технологических  объектов, ни крайне тяжелые природные  условия освоения подводных месторождений  не остановят роста добычи нефти  и газа из-под морских глубин. 
 
Основной ее объем будет обеспечен в результате разработки залежей в континентальном шельфе, где на 16 млн км² возможно скопление нефти и газа. 
 
Объем морских поисково-разведочных работ и добыча нефти и газа будут продолжать расти, в том числе и в глубоководных районах, несмотря на то, что эти работы требуют огромных затрат. В морскую нефтегазовую промышленность каждый год вкладываются сотни миллиардов долларов США, причем более трети всех инвестиций приходится на разведку и эксплуатацию. 
 
Весьма значителен парк передвижных плавучих буровых установок, с помощью которых ежегодно бурят более 2 тысяч скважин, включая примерно 850 поисково-разведочных. Спрос на подвижные буровые платформы достаточно устойчив и составляет почти тысячу единиц. 
 
Мировая потребность в баржах-трубоукладчиках и трубозаглубителях, а также в плавучих кранах оценивается до 250 — 300, а во вспомогательных судах — до 1800 единиц. Сохраняется спрос на стационарные стальные и бетонные платформы и на подвижные буровые платформы. 
 
Прогнозируется рост объемов работ, связанных с инспектированием и ремонтом морских сооружений (трубопроводов, платформ и т. д.). В связи с этим ожидается увеличение спроса на подводные суда для наблюдения за работами по прокладке и ремонту подводных нефте- и газопроводов, а также установки подводных систем для эксплуатации скважин. 
 
Несмотря на расширение использования манипуляторов с дистанционным управлением, увеличится спрос на водолазные работы, так как во многих случаях робототехнические устройства по-прежнему не могут заменить человека при работе под водой. 
 
К 2005 г. новые месторождения нефти и газа были открыты в 96 странах; разведанные запасы газа при этом составили (По данным журнала «Oil and Gas Journal») более 146 трлн куб. м, а накопленная мировая добыча газа — 69 трлн куб. м. Основные разведанные запасы газа сосредоточены в России, Иране, Катаре, Саудовской Аравии, Абу-Даби, США. 
 
Большинство стран мира проявляет высокую активность в разведке и разработке морских месторождений. Важной составной частью этой деятельности является строительство морских трубопроводных систем. 
 
В ближайшие годы Россия имеет хорошие перспективы в части освоения морских месторождений, обусловленные высокой перспективностью российского шельфа. Как показывают исследования, в России из общего объема неразведанных ресурсов на месторождения шельфа приходится более 42%. 
 
Крупные ресурсы газа сосредоточены на шельфах Баренцева, Печорского, Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского, Чукотского, Берингова, Охотского, Японского морей, Восточно-Камчатского и Южно-Курильского секторов Тихого океана, а также Каспийского и Азовского морей. 
 
Для шельфов морей России установлено следующее: 

•  
  недра почти всех акваторий страны (за исключением Белого моря) перспективны в отношении нефтегазоносности; на долю арктических морей приходится 85% начальных суммарных ресурсов углеводородов, дальневосточных — около 14% и внутренних— несколько более 1%; концентрация ресурсов на шельфе высокая;
•  
  основная часть наиболее достоверных ресурсов углеводородов сосредоточена на шельфе с глубиной дна моря от 20 до 50 м и в разновозрастных осадочных отложениях, залегающих на глубинах до 4—5 км, и технически доступна для бурения;
•  
  на шельфах наиболее перспективных морей РФ в общем объеме начальных суммарных запасов углеводородов преобладают более достоверные ресурсы и выявленные месторождения газа.

 
Всего на шельфах открыто 34 газовых, газоконденсатных и газонефтяных месторождения, в том числе на шельфе Балтийского  моря — 2, Баренцева и Печорского морей — 10, Карского — 8, Охотского  — 8, Каспийского — 1, Азовского — 5. 
 
Среди перечисленных есть уникальные по запасам газа месторождения: Штокмановское, Русаковское и Ленинградское. Крупными являются месторождения Приразломное, Лудловское, Чайво-море, Одопту-море, Пилыун-Астохское и др. 
 
До 2050 г. важное значение для добычи газа будут иметь северные акватории Западной Сибири и акватории южной части Карского и Баренцева морей. В подготовке новых запасов газа за счет неразведанных ресурсов первостепенная роль будет постепенно переходить от Западной Сибири к западной части арктического шельфа, Восточной Сибири и дальневосточным акваториям. После 2050 г. роль акваторий, особенно северных, включая восточный сектор шельфа, будет возрастать. 
 
Таким образом, в ближайшие десятилетия с увеличением добычи газа и нефти из месторождений шельфа России потребности в морских трубопроводах будут нарастать. 
 

3.  
   Проектирование подводных трубопроводов
1.  
   Основные положения

 
 
Основным проектным документом на строительство объектов является, как правило, технико-экономическое обоснование (далее «проект». Двойное обозначение стадии, единой по составу и содержанию, принято в целях преемственности действующей законодательной и нормативной базы и совместимости с терминологией, применяемой за рубежом) строительства. На основании утвержденного в установленном порядке ТЭО (проекта) строительства разрабатывается рабочая документация. 
 
Для технически и экологически сложных объектов и при особых природных условиях, к которым относятся и морские сооружения, по решению заказчика (инвестора) или заключению государственной экспертизы по рассмотренному проекту одновременно с разработкой рабочей документации и осуществлением строительства могут выполняться дополнительные детальные проработки проектных решений по отдельным объектам, разделам и вопросам. 
 
Разработка проектной документации осуществляется при наличии утвержденного решения о предварительном согласовании места размещения объекта, на основе утвержденных (одобренных) обоснований инвестиций в строительство или иных предпроектных материалов договора, задания на проектирование и материалов инженерных изысканий. 
 
Проект на строительство сооружений морского трубопровода состоит из следующих разделов: 

•  
  Общая пояснительная записка.
•  
  Генеральный план и транспорт.
•  
  Технологические решения.
•  
  Организация и условия труда работников. Управление производством и предприятием.
•  
  Архитектурно-строительные решения.
•  
  Инженерное оборудование, сети и системы.
•  
  Организация строительства.
•  
  Охрана окружающей среды.
•  
  Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны.
•  
  Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций.
•  
  Сметная документация.
•  
  Эффективность инвестиций.

 
Рабочий проект разрабатывается в  сокращенном объеме и составе, определяемом в зависимости от вида строительства  и функционального назначения объекта, применительно к составу и  содержанию проекта. 
 
В состав рабочего проекта включается рабочая документация. 
 
Типовая схема проектирования подводного трубопровода приведена на рис. 10.1. 
 

2.  
   Проектный анализ условий строительства и эксплуатации

 
 
В процессе строительства и последующей  эксплуатации морские трубопроводы подвергаются воздействию различных  групп факторов. 
 
Основные из них, подлежащие учету при проектировании: 

•  
  ветровые воздействия;
•  
  волновые воздействия;
•  
  приливы;
•  
  течения;
•  
  ледовые условия;
•  
  сейсмические воздействия;
•  
  геологические опасности;
•  
  грунтовые условия;
•  
  особенности влияния течений на трубопровод в траншее.

 
Перечисленные факторы подлежат детальному изучению и анализу в ходе проектирования. 
 
Для управления проектами морских трубопроводов широко применяется геоинформационные системы (ГИС), приведенные на рис. 15.3.2 (см. цветную вклейку).