Оборудование и технологии для добычи на Арктике
Начиная с 1950‑х годов, когда в СССР приступили к разработке месторождений в Западной Сибири, нефтегазовые компании стали уходить всё дальше на север. Условия Арктики: экстремальные температуры, большие расстояния и отсутствие хороших дорог, вечная мерзлота ― поставили перед людьми и оборудованием сложные задачи. Но всё это ― не препятствие для освоения новых залежей. В этом материале мы расскажем об интересных кейсах отечественных производителей и разработчиков, которым удалось решить проблемы добывающих компаний в районах Крайнего Севера.
Обустройство месторождений: будущее за блочно-модульными решениями?
Техника, которую поставляют в районы Крайнего Севера, должна соответствовать высоким стандартам качества. Оборудование должно демонстрировать надёжность и устойчивость в условиях низких температур, сильных ветров, обледенения и снежных нагрузок.
«Для этого нужно обеспечить климатическое исполнение в соответствии с ТУ. Оно подразумевает использование морозостойких материалов, утепление и установку систем электрообогрева, повышенную защиту электроники, автоматики и соединений, применение антикоррозийных покрытий, рассчитанных на эксплуатацию при температуре до –60 °C.
Кроме этого, многие арктические месторождения расположены в зонах с повышенной сейсмоактивностью и нестабильными грунтами. Поэтому необходимо провести тщательный анализ сейсмических и геотехнических характеристик при проектировании, заниматься усилением конструктивных элементов и креплений, адаптировать фундаменты к слабонесущим и вечномёрзлым породам», ― перечислил генеральный директор ООО «РНГ-Инжиниринг» Хабир Кильмухаметов.
Учитывая все эти факторы, хорошим решением в условиях Арктики являются блочно-модульные сооружения, отмечают в «РНГ-Инжиниринг». Эксперты подчёркивают актуальность таких конструкций в условиях таяния вечной мерзлоты.
«Блочно-модульное и компактное исполнение оборудования снижает нагрузку на основание, что критично при работе на участках с риском просадки из-за оттаивания грунта. Кроме того, при необходимости можно переносить или переустанавливать оборудование без его демонтажа, что становится всё более актуальным при ухудшении геокриологических условий эксплуатации», ― подчеркнул Хабир Кильмухаметов.
Таким образом, компактность и мобильность станут ключевыми трендами в области обустройства месторождений в ближайшие годы. Хорошие перспективы и у нейросетевого моделирования для повышения эффективности работы оборудования, отмечают в «РНГ-Инжиниринг».
«Научные и инженерные разработки будут вестись в числе прочего в направлении компактного исполнения технологических узлов и модулей. Подобная интеграция нескольких функциональных элементов в одном блоке позволяет существенно сократить габариты и массу оборудования без потери производительности. А развитие мобильных энергоустановок и автономных блоков управления позволит обеспечить работу оборудования без постоянного подключения к внешним сетям и с возможностью удалённого мониторинга», ― перечислил Хабир Кильмухаметов.
Мобильные решения активно используют и при решении «жилищного вопроса» на месторождениях. Такие здания нефтегазовым компаниям предлагает и ООО «ТЗМЗ ТОИР».
«Основные сложности здесь связаны с экстремально низкими температурами, достигающими порой –60 °C, и с особенностями вечной мерзлоты. Наши заказчики отмечают проблемы с сохранением комфортного микроклимата внутри помещений, а также с устойчивостью конструкций при подвижках грунта.
Для их решения мы оснастили наши здания сэндвич-панелями повышенной толщины, современными системами отопления и вентиляции, прочным металлическим каркасом, устойчивым к подвижкам грунта, и герметичной конструкцией, защищающей от проникновения холодного воздуха. Кроме этого внедрили автоматизированные системы контроля микроклимата и предусмотрели быструю сборку-разборку модулей на тот случай, если здание нужно переместить. Всего таких циклов может быть более 10», ― рассказал заместитель директора по производству ООО «ТЗМЗ ТОИР» Александр Зайков.
Может показаться, что секреты строительства общежитий открыты давно, но, если приглядеться, станет ясно, что возможностей для внедрения новых технологий и материалов достаточно.
Александр Зайков считает, что будущее за такими разработками, как:
• композитные материалы нового поколения, обладающие повышенной прочностью и долговечностью;
• системы модульной автоматизации, позволяющие управлять всеми процессами жизнеобеспечения здания через единый интерфейс;
• энергоэффективные решения, включая использование ВИЭ, систем сбора и очистки дождевой воды, экологически чистых строительных материалов;
• инновационные системы утепления, обеспечивающие максимальную теплоизоляцию при минимальных затратах;
• применение системы «умного дома» в модульных зданиях, которая включает в себя автоматизированное управление энергопотреблением, климат-контроль, системы безопасности с искусственным интеллектом, умные системы мониторинга, позволяющие отслеживать состояние здания в режиме реального времени.
«Важное направление — это более компактные и функциональные блоки, которые можно легко трансформировать для различных задач. Особое внимание уделяется быстровозводимым конструкциям, которые можно монтировать в сложных климатических условиях», ― добавил Александр Зайков.
Заморозка грунта ― секрет устойчивого фундамента
Впрочем, иногда без капитального строительства не обойтись. В таких случаях на выручку приходит технология температурной стабилизации мёрзлых грунтов под основанием здания. Специальный хладагент отводит тепло от грунта к надземным конденсаторным блокам.
Конечно, к сезонно действующим охлаждающим устройствам (СОУ) предъявляют особые требования по надёжности, тем более что работать им придётся под землёй.
«Особое внимание уделяют материалам. Это специальные электроды для низких температур и эпоксидная двухкомпонентная грунт-эмаль толщиной не менее 350 микрон. Важен и контроль сварочных швов. На нашем производстве мы осуществляем его с помощью компьютерных технологий.
Особое внимание уделяем антикоррозионной защите. Хоть сейчас многие компании склоняются к лакокрасочному покрытью, мы считаем, что, когда речь идёт о долгом сроке службы здания, более надёжным вариантом является оцинкование. И самое важное в термостабилизации ― это регулирование и резервирование.
Если один фрагмент по каким‑то причинам вышел из строя, мы должны иметь возможность не отключать всю систему для устранения неполадки, а перекрыть необходимую часть и демонтировать испорченный отрезок.
Для этого на конденсаторных блоках врезают краны, и справиться с аварией мы можем за два-три дня вместо двух-трёх недель при перекрытии всей системы. Кроме этого, все наши проекты содержат резервные трубы», ― объяснил главный инженер ООО НПО «Фундаментстройаркос» Сергей Окунев.
Принцип действия СОУ известен ещё с советских времён. Но разработчики продолжают предлагать варианты, как повысить эффективность установок. Есть такой опыт и в ФСА.
«Например, можно посмотреть в сторону применения других труб, например полиэтиленовых вместо стальных. Так, мы их использовали как резервные для подключения холодильных машин.
Они показали себя надёжными. Плюс экономия на монтаже из-за отсутствия сварки и антикоррозионного покрытия. Лёгкость полиэтилена обеспечивает удобство при транспортировке в удалённые места, к примеру, можно привезти на вертолёте, быстро размотать и сразу подключить. Но я не говорю о полной замене стальной трубы, с этим ни в коем случае не стоит спешить! Ведь в нашем производстве от неё зависит надёжность всей конструкции», ― подчеркнул Сергей Окунев.
Довезём по бездорожью: вездеходы для нефтегазовых компаний
Серьёзной проблемой для нефтегазовых компаний становится удалённость месторождений, их изолированность от централизованной инфраструктуры. Однако людей, оборудование, ЗИП и другие грузы всё равно нужно доставлять на место. Конечно, с этими задачами может справиться авиация.
Однако у этого варианта есть свои ограничения, прежде всего дороговизна. К тому же погода может быть нелётной, а для самолётов нужно оборудовать специальные взлётно-посадочные полосы. На выручку приходит автомобильный транспорт. Но понятно, что это должны быть необычные машины.
«Арктика — это в первую очередь экстремальные климатические условия, где температуры опускаются ниже –60 °C, непредсказуемый ландшафт и полное отсутствие инфраструктуры. Особенно критично то, что зимники теперь держатся в разы меньше, чем это было 7–10 лет назад: два месяца вместо четырёх из-за таяния вечной мерзлоты.
Наши заказчики сталкивались с тремя основными проблемами: низкой грузоподъёмностью техники, существующей на рынке и пригодной для работы в арктических условиях; невозможностью круглогодичной работы; высокими эксплуатационными затратами. Считаем, что решением может стать в числе прочего наша совместная разработка с конструктором Алексеем Гринкевичем ― специализированный вездеход ТРОМ‑20.
Это машина на шинах с удельным давлением на грунт 0,15 кг/см². За счёт этого автомобиль может передвигаться по болотистой местности и плавать с грузом. Считаю, что будущее за подобной универсальной техникой. Также, если смотреть на перспективу, стоит обратить внимание на интеграцию автономных систем и дистанционного управления. Это особенно важно в условиях дефицита кадров», ― рассказал руководитель отдела продаж ООО «ИЗГТ» Николай Семёнов.
К подобной технике предъявляют повышенные требования по надёжности. Любая поломка, когда до ближайшего населённого пункта десятки километров, становится серьёзным ЧП. Разработчики это прекрасно понимают.
«Наш подход базируется на принципе: чем проще конструкция, тем она надёжнее, потому что ломаться в ней нечему. Пока он оправдывает себя: за год ресурсных испытаний в одной нефтяной компании произошло две поломки, причём обе из-за человеческого фактора. Для упрощения ремонта мы применяем унифицированные доступные компоненты. Большинство работ может выполнить штатный механик без привлечения узкоспециализированных специалистов», ― объяснил Николай Семёнов.
Высоким в отрасли остаётся спрос и на гусеничную технику. Так, свой плавающий вездеход (снегоболотоход) ТМ‑140 на Курганском машиностроительном заводе разработали специально по запросу предприятий нефтегазового комплекса.
«В конструкции предусмотрена необходимость эксплуатации техники в сложных климатических условиях северных широт. Где не только люди, но и машины должны быть готовы к работе в экстремальных ситуациях, иметь большой запас прочности» ― отметил заместитель коммерческого директора АО «Курганмашзавод» Владимир Ланцов.
Если говорить о конкретных решениях, то в первую очередь это автономный подогреватель жидкостей, который защищает гидромеханическую трансмиссию от высоких нагрузок холодного пуска.
«С его помощью масло доводится до нужной температуры, за счёт чего обеспечивается безопасный старт машины. Сам двигатель установлен в отдельном обогреваемом модуле. Автономное отопление даёт возможность выполнять обслуживание и текущий ремонт силового агрегата на выезде даже при низких температурах воздуха», ― рассказал Владимир Ланцов.
Ключевой вопрос в условиях Крайнего Севера ― высокая проходимость и манёвренность машины. При этом нужно учитывать низкую несущую способность грунта. Выход из положения ― установка высокоресурсных болотоходных гусениц с резинометаллическими шарнирами.
«Объём топливного бака в базовом исполнении позволяет вездеходу проходить 550 км на одной заправке, при установке дополнительных баков ― 870 км. На случай если ночь застанет в дороге, сиденья трансформируются в полноценные спальные места. Утепление кабины позволяет обеспечить комфортную температуру внутри автомобиля», ― перечислил г-н Ланцов.
Подобные вездеходы спроектированы по модульному принципу и могут оснащаться дополнительным оборудованием по запросу заказчика.
В некоторых случаях доставить людей и грузы быстрее и удобнее с помощью водного транспорта. И добывающие компании пользуются этой возможностью.
«Аэролодки двухкорпусной конструкции — одно из наиболее перспективных направлений в логистике труднодоступных регионов. Причём речь идёт об амфибийной технике, способной одинаково легко передвигаться как по воде, так и по льду или снегу, включая зимники или замёрзшие русла рек, преодолевать торосы высотой до 1,5 м, шугу и болота.
В России такие машины стали применять относительно недавно, но уже сейчас они на многих направлениях заменили малую авиацию, использование которой обходится очень дорого», ― рассказал директор по развитию ООО ТД «Север» (Красноярский амфибийный завод «Север») Павел Трыков.
(Предоставлено ООО «ССТэнергомонтаж»).
Впрочем, не забывают в компании и о классических снегоболотоходах. Речь идёт об автомобилях на шинах низкого давления. За счёт большого пятна контакта вездеходы оказывают меньшее воздействие на грунт, что особенно актуально в условиях арктической тундры.
«Среди наших заказчиков немало нефтегазовых и горнодобывающих компаний, в том числе работающих в Арктике. Им нужен специальный транспорт, способный перевозить грузы и пассажиров в условиях тяжёлого бездорожья и сурового климата, а также имеющий большой запас хода в автономном режиме, без дозаправки.
Поэтому, например, в полярном вездеходе „Профи-Макс-Арктика” два основных топливных бака по 150 литров и ещё два дополнительных по 110 литров, за счёт чего автомобили могут проехать до тысячи километров без дозаправки.
К тому же утеплённые кабины с автономным обогревом позволяют провести в пути несколько дней и ночей, даже если по дороге нет ни одного населённого пункта. Для этого предусмотрен целый ряд конструктивных особенностей для путешествий на большие расстояния, в том числе 6 спальных мест в кузове.
Есть и специальные решения, например мобильная установка колонкового бурения на базе снегоболотохода „Пикап-Макс”. Эта машина может использоваться как автономный геолого-разведочный модуль», ― отметил Павел Трыков.
Чтобы нефть не замёрзла
Температура застывания нефти варьируется от +26 до –60 °C в зависимости от содержания парафинов, сообщает «Большая российская энциклопедия». Как же не допустить того, чтобы сырьё замерзло во время транспортировки по трубопроводам в условиях Крайнего Севера?
ООО «ССТэнергомонтаж» (входит в Группу компаний «Специальные системы и технологии») в качестве решения предлагает системы электрообогрева (СЭО) на основе различных типов нагревательных кабелей. Для протяжённых трубопроводов длиной от сотен до десятков тысяч метров ― это оборудование на основе скин-эффекта. Так, система обогрева ИРСН‑15000 уже зарекомендовала себя на крупных месторождениях в ЯНАО и Якутии.
«Её ключевая особенность в том, что эффективность работы не зависит от температуры эксплуатации. Линейка индукционно-резистивных проводников позволяет эффективно работать в диапазоне температур от –60 до +260 °C. Также в случае обогрева протяжённых трубопроводов важной задачей является компенсация теплопотерь на ответвлениях и сопутствующих элементах, таких как, например, запорно-регулирующая арматура.
Основная сложность ― точки запитки на любом участке. Для решения этой задачи мы разработали и запатентовали устройство отбора мощности (УОМ), которое за счёт основного тока в системе обеспечивает точку питания для обогрева ответвлений и арматуры», ― рассказал исполнительный директор ООО «ССТэнергомонтаж» Владимир Гололобов.
Для обогрева магистральных трубопроводов длиной до нескольких сотен километров «ССТэнергомонтаж» предлагает энергоэффективную линейку СЭО на основе Very Long Line (VeLL). С её помощью можно обогревать трубопровод длиной до 150 км без сопроводительной сети от одной точки питания. А при её наличии ограничений по длине магистрали нет. VeLL способна работать при температуре –60 до +55 °C.
В последнее время много говорят о глобальном потеплении. Но, даже если климат в арктической зоне станет мягче, это не будет означать, что СЭО станут ненужными. Уже сейчас «ССТэнергомонтаж» поставляет оборудование во все климатические зоны: от Крайнего Севера до Центральной Африки.
«Таяние вечной мерзлоты приводит к неравномерному оседанию грунтов, что может вызывать повреждения трубопроводов, потенциально приводя к утечкам нефти или газа. В таких условиях применение дополнительных систем подогрева труб становится необходимым для компенсации теплопотерь в холодный период. То есть, несмотря на глобальное потепление, наша отрасль не только продолжает развиваться, но и приобретает особую значимость», ― подчеркнул Владимир Гололобов.
Так что в «ССТэнергомонтаж» собираются и дальше работать над совершенствованием СЭО. Особоне внимание уделяют вопросам цифровизации инжиниринга.
«Это будущее, которое уже стало реальностью и неотъемлемой частью стратегий развития компаний ― лидеров рынка. Так, мы разработали и активно используем цифровые инструменты для автоматического расчёта сложных инженерных решений промышленного обогрева и автоматизированного проектирования систем электрообогрева и антиобледенения», ― отметил Владимир Гололобов.
Сверху виднее
Мониторинг объектов инфраструктуры в районах Крайнего Севера ― это серьёзный вызов для нефтегазовых компаний. Яркий пример ― трубопроводы. Чтобы предотвратить аварию, нужно следить за состоянием магистрали на протяжении десятков, а то и сотен километров. Настоящей «палочкой-выручалочкой» для компаний могут стать БПЛА.
«С помощью аэрофотосъёмки с дронов, цифрового моделирования рельефа и анализа больших объёмов данных мы можем оперативно выявлять трещины, просадки или деформации ещё на ранних стадиях.
Использование БПЛА позволяет безопасно собирать данные на тех участках, где проведение традиционных обследований невозможно или сопряжено с высоким риском, а цифровое моделирование местности помогает заранее планировать альтернативные маршруты и варианты эксплуатации техники.
Данные, полученные от беспилотников, анализируют с помощью специальной цифровой платформы, например Skyeer IT», ― рассказал операционный директор ООО «Скайер ИТ» (Skyeer) Константин Волковский.
В то же время не всякий дрон подойдёт для работы в арктических регионах. Здесь стоит учитывать экстремальный холод, сильные ветра, низкую видимость, высокую влажность и значительные перепады продолжительности светового дня.
«Для эксплуатации на Крайнем Севере используются специально подготовленные беспилотники с усиленными аккумуляторами с подогревом и утеплением, влагостойкими корпусами и дополнительными элементами для защиты от ветра. Всё это позволяет работать даже при сильных морозах и высокой влажности.
Если техника выходит из строя, предусмотрены специальные решения для быстрого ремонта на месте: дроны имеют модульную конструкцию и „быстрый доступ” к ключевым элементам, поэтому заменить основные детали возможно прямо „в поле” без использования сложного инструмента. Также мы дорабатываем программное обеспечение, чтобы оно сохраняло высокую точность при сложных погодных условиях», ― перечислил Константин Волковский.
Со временем дроны и наземные роботы станут ещё «умнее» и смогут выполнять мониторинг без участия оператора, продолжает эксперт. Это позволит минимизировать влияние человеческого фактора, повысить безопасность и снизить издержки.
«Будущее за анализом с помощью ИИ. Уже сегодня возможно автоматически определять отклонения и оптимизировать логистику на объектах. Со временем такие системы станут самообучающимися цифровыми двойниками, которые смогут заранее предупреждать о рисках аварий и самостоятельно предлагать оптимальные сценарии обслуживания.
Ещё одно направление — объединение различных источников данных: спутниковых снимков, аэрофотосъёмки, IoT-сенсоров, цифровых карт и 3D-моделей. Создание единой цифровой среды с возможностью визуализации и совместной работы с такими данными даст предприятиям совершенно новый уровень прозрачности и управляемости», ― заключил Константин Волковский.
Итак, экстремальные условия Арктики не станут препятствием для освоения запасов нефти и газа. Уровень развития технологий позволяет работать в районах Крайнего Севера. Не может не радовать, что сегодня мы говорили об отечественных разработках. Более того, предприятия отрасли успешно адаптируются к стремительно меняющимся обстоятельствам, в первую очередь к растеплению многолетне-мёрзлых грунтов. И у них в запасе ещё немало идей, как сделать добычу углеводородов на Севере более экономичной и экологичной.
Текст: Андрей Халбашкеев
