Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния мировой нефтяной индустрии, место Каспийских углеводородных месторождений
1.1 Значимость нефтегазовой индустрии для человеческого общества, смещение фронта нефтедобычи на морские шельфы 10
1.2 Краткая история развития морской нефтегазовой индустрии в мире, России и в районе Каспия 23
1.3 Нефтяные месторождения мира, значимость Каспийских углеводородов..29
1.4 Анализ статистических данных по добыче, потреблению и ценам на нефть. Место Каспийского региона 30
1.5 Выводы 40
Глава 2. Существующая инфраструктура добычи и транспортировки углеводородов прикаспийского региона.
2.1 Влияние политических аспектов на добычу и транспортировку углеводородных ресурсов в регионе 41
2.2 Физико-географическая информация о Каспийском море 44
2.3 Месторождения нефти Северного Каспия, доказанные и прогнозируемые данные об объёмах извлекаемых запасов 46
2.4 Существующие схемы транспортировки углеводородов Каспийского региона 58
2.5 Выводы 68
Глава 3. Технологические и математические предпосылки создания математической модели определения оптимального способа транспортировки Каспийских углеводородов .
3.1 Техническое оснащение в составе инфраструктуры морской транспортировки
3.2 Факторы, влияющие на выбор схемы транспортировки углеводородов шельфа Каспийского моря 102
3.3 Возможные варианты транспортировки Каспийских углеводородов 105
3.4 Математическое моделирование проектирования сложных технических систем 109
3.5 Выводы 113
Глава 4. Математическое моделирование состава оптимальных транспортировочных средств и сопутствующей техники для обслуживания месторождений шельфа Каспийского моря .
4.1 Математическое моделирование состава флота танкеров 115
4.2 Математическое моделирование состава несамоходного флота 130
4.3 Математическое моделирование сети транспортных трубопроводов
4.4 Математическое моделирование проектирования одноточечного рейдового причала 159
4.5 Математическое моделирование проектирования плавучего нефтехранилища 164
4.6 Математическое моделирование проектирования трубоукладочного суд
на 167
4.7 Выводы 178
Глава 5. Анализ результатов математического моделирования оптимального состава технических средств обслуживания месторождений шельфа Каспийского моря .
5.1 Реализация алгоритма выбора оптимального варианта транспортировки нефти с морских месторождений Серного Каспия 180
5.2 Реализация алгоритма определения основных характеристик одноточечного рейдового причала 184
5.3 Реализация модели определения основных характеристик плавучего нефтехранилища 185
5.4 Реализация модели технологического проектирования трубоукладочного судна 188
5.5 Выбор.оптимального варианта транспортировки нефти с морских месторождений шельфа Каспийского моря 192
5.6 Анализ результатов расчётов и формирования оптимального состава танкерного флота. Экономическая оценка проекта танкерного флота 203
5.7 Выводы 211
Заключение 213
Литература 215
- Краткая история развития морской нефтегазовой индустрии в мире, России и в районе Каспия
- Физико-географическая информация о Каспийском море
- Возможные варианты транспортировки Каспийских углеводородов
- Математическое моделирование проектирования одноточечного рейдового причала
Введение к работе
Актуальность темы. Нефть занимает основополагающее место в мировой энергетике. Доходы от продажи углеводородов являются основой бюджета России. Сухопутные месторождения нефти истощаются, и фронт нефтедобычи всё больше сдвигается на морские шельфы. В конце 1990-х - начале 2000 годов на шельфе Каспийского моря были открыты ряд перспективных углеводородных месторождений, геологоразведочные работы продолжаются. Актуальными задачами ближайшего будущего становятся определение оптимальной транспортной системы морской техники для облуживания каспийских шельфовых месторождений. Каспийское море является внутренним, и практически весь обслуживающий флот необходимо будет строить на заводах прибережных городов Каспия и Волги.
Цель работы. Создание цифровой математической модели, обеспечивающей выбор наиболее эффективного варианта транспортной системы для вывоза нефти с северных и центральных месторождений российского шельфа Каспийского моря, т.е. комплекса программ для ЭВМ, производящих расчёт количественных и массо-габаритных характеристик требуемого комплекса морской техники на основании введённых исходных величин.
В ходе решения основной цели работы необходимо также решить следующие задачи:
1. Произвести теоретический анализ существующего состояния углеводородной
индустрии на Каспии; оценить значимость Каспийских месторождений в россий
ских и мировых масштабах, а также рассмотреть принципы математического моде
лирования технических систем.
Изучить факторы, обуславливающие выбор морских транспортировочных комплексов, а также существующие транспортные схемы Каспийского региона, на основании чего произвести выбор основных транспортных маршрутов с последующим указанием самого оптимального.
Сформировать выборку характеристик существующих танкеров, точечных рейдовых причалов и трубоукладочных судов, пригодных для использования в условиях Северного Каспия. На основе статистического анализа выявить функциональные зависимости вида у = х (DW) основных массогабаритных характеристик танкеров от дедвейта для возможности их определения в первом приближении на ранних стадиях проектирования судна.
На основании существующей теории, стандартов и принципов проектирования танкеров, баржевых составов, трубоукладочных судов, магистральных трубопроводов и точечных рейдовых причалов сформировать оптимальную расчётную методологию для условий Каспия, предназначенную для определения основных характеристик вышеобозначенной морской техники в первом приближении. На основании данной методологии составить алгоритмы и блок-схемы цифровой математической модели морской транспортной системы.
Предложить теоретические принципы оценки экономической эффективности вариантов и произвести соответствующую оценку оптимального маршрута транспортировки по нескольким вариантам составов танкеров. Определить срок окупаемости этих вариантов и выбрать оптимальный из них.
Объектом исследования являются комплексы морской техники для транспортировки жидких углеводородов в условиях северной и центральной части шельфа Каспийского моря.
Предметом исследования сравнение и выбор оптимального комплекса морской техники для транспортировки жидких углеводородов, определение их массо-габаритных характеристик в первом приближении.
Методы исследования. В работе были применены научные методы моделирования и сравнения на теоретическом уровне научного познания, произведена обработка эмпирических данных характеристик танкеров, судов-трубоукладчиков и точечных рейдовых причалов, пригодных для эксплуатации в районе Северного Каспия, выполнена их статистическая обработка, обобщение и анализ, а также применены методы математического программирования на языке Delphi. В процессе определения оптимальных характеристик судов был использован метод вариаций теории проектирования судов.
Теоретической основой диссертации являются научные работы по дисциплинам проектирования и оптимизации судов Ашика В.В, Бронникова А. В., Богданова Б.В., Гайковича А. И., Зуева В. А., Князькова В.В, Семенова Ю. Н., Логачева С. И. и др. а также исследования по проблемам проектирования комплексов технических средств освоения Мирового океана, изложенные в работах Борисова, Р. В., Семенова Ю. Н., Челпанова И. В., Бадасена В. А., Рыжковой Е. Н. и др.; труды Бреслава Л. Б., Ковалева В. В. в области экономической теории; нормативные документы в области проектирования судов и проектирования нефтепроводов;
Научная новизна исследования заключается в том, что:
получены функциональные зависимости основных характеристик морской техники от различных аргументов на основе анализа методом наименьших квадратов множества значений соответствующих характеристик выборок танкеров, точечных рейдовых причалов и судов-трубоукладчиков применимых в условиях Каспийского моря,
составлены расчётные алгоритмы для определения основных весогабаритных и количественных характеристик транспортной морской техники, соответствующей условиям морских месторождений шельфа Каспия,
на основании сформированных алгоритмов составлена программа численного эксперимента, производящая автоматизированный расчёт по нескольким направлениям на основании исходных данных по шельфовому месторождению и выбирающая оптимальный вариант транспортировки в критерии наименьших приведённых затрат,
- с помощью полученной программы на основании технико-экономических
критериев оптимизации был произведён выбор оптимального транспортного соста
ва морской техники для обслуживания северных и центральных блоков нефтяных
месторождений Каспия.
Практическая значимость. Полученная математическая модель позволяет осуществить в первом приближении расчёт количественного состава и типов средств транспортного обслуживания шельфовых месторождений Каспийского моря. Заложенные в основу математической модели приближенные статистические за-
висимости позволяют получить в первом приближении основные характеристики танкеров, трубоукладочных судов и точечных рейдовых причалов для обслуживания углеводородных месторождений Северного Каспия.
Предмет защиты. Обобщённая теория и методология проектирования транспортной морской техники для условий шельфовых месторождений Каспия, изложенная в соответствующих главах диссертации и в положенная в основу программы численного эксперимента для ЭВМ.
Достоверность полученных результатов подтверждается посредством анализа тенденций в начальном формировании инфраструктуры транспортировки нефти Каспийского региона в настоящее время и соответствия параметров вводимых в эксплуатацию танкеров, ветвей магистральных трубопроводов, точечных рейдовых причалов, плавучих нефтехранилищ и других единиц морской техники полученным в диссертации результатам. Также производился анализ современных тенденций и достижений в области постройки и проектирования каспийских танкеров и другой шельфовой техники, их архитектурно-конструктивных особенностей, что осуществлялось посредством обоснования конструктивных групп нагрузки масс, необходимой программной математической модели для определения их основных характеристик, использованием компьютерных программных продуктов и известных методов для решения задачи формирования транспортировочной системы для обслуживания Каспийских нефтяных месторождений.
Апробация работы. Доклад и обсуждение диссертационной работы производились на следующих научных конференциях:
LI научная конференция профессорско-преподавательского состава АГТУ (Астрахань, 2007 г.).
LII научная конференция профессорско-преподавательского состава АГТУ (Астрахань, 2008 г.).
Всероссийская научно-техническая конференция посвященная 75-летию факультета морской и авиационной техники НГТУ (Нижний Новгород, 2009 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи научных статьях, в том числе пять статей в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (163 источников) и трех приложений.
Работа изложена на 223 страницах текста, 30 страницах приложений, содержит 46 таблиц и 72 рисунка.
Краткая история развития морской нефтегазовой индустрии в мире, России и в районе Каспия
Шельфы Атлантического и Индийского океанов исторически являются наиболее разведанными и располагают наиболее значительным углеводородным потенциалом. В последние годы однако наблюдается тенденция к росту значения арктического шельфа Северного-Ледовитого океана. Нефтегазовый потенциал Арктического сегмента Земли связан с осадочными нефтегазоносными бассейна-. ми пассивной континентальной окраины, которая имеет следующие величины среднего нефтегазоносного бассейна: площадь - 300,0 млн. км2; удельная плотность углеводородов - от 30 до 70 тыс. т/км2 и величина скопления углеводородов примерно 8-9 млрд. т.
На 2009 г. морская часть Арктической континентальной окраины включает 11 нефтегазоносных провинций с углеводородным потенциалом до изобаты 500 м. - около 300 млрд. т условного топлива, что составляет треть мировых ресурсов углеводородов. Среди более чем 120 открытых месторождений Арктического шельфа 20 % составляют гигантские и крупные, такие как Экофиск в норвежском секторе Северного моря, Прадхо-Бей на Аляске, Штокмановское в Баренцевом море, Ленинградское и Русановское - в Карском, Купарук-Ривер, Таглу, Парсонс, Дрейк-Пойнт, Хекла, Приразломное, Лудловское и др.
Предполагается, что в перспективе на Арктическом шельфе будет выявлено не менее 500-700 месторождений, рассредоточенных в нескольких десятках конкретных районов нефтегазодобычи. В России эксплуатация морских нефтегазовых месторождений в ближайшем будущем начнётся на шельфе Западной Арктики (Штокмановское газоконденсатное, Ленинградское, Русановское - газовые, Варандей-море, Приразломное - нефтяные) ив дальневосточных морях. Получена первая нефть в России с шельфовых нефтепроектов «Сахалин-1» и «Сахалин-2». Активизируются разработки месторождений внутренних морей (Каспийского, Черного, Азовского и Балтийского).
В начале 70-х гг. нефтегазодобычу в морях и океанах вело 21 государство, геофизические и буровые работы осуществляли 46 стран и 5 готовились к ним. В настоящее время более 120 государств вовлечены в работы по освоению углеводородных ресурсов на континентальном шельфе. В сфере создания морской техники и технологий освоением нефтегазовых ресурсов континентального шельфа занято около 340 судостроительных и машиностроительных предприятий, более 50 геофизических и 100 водолазных фирм, привлечён значительный производственно- экономический потенциал. Расходы на научно-исследовательские и проектные разработки, судостроение, строительство, обустройство и эксплуатацию морских нефтегазопромыслов достигают 50 млрд. долл. в год.
Площадь континентального шельфа России составляет 6,2 млн. км2 (21% мировой шельфовой зоны), из них перспективными на углеводороды являются.4 млн. км2. Для сравнения, площадь перспективной на нефть и газ суши.в России составляет 6 млн. км2.
В мировом океане в настоящее время действует свыше 30 тысяч различных установок для бурения скважин и хранения углеводородов; в том числе более 800 плавучих буровых установок. Ежегодно бурится около 1000 поисково-разведочных и примерно 2000 эксплуатационных/скважин [161]. Рекордная по глубине скважина на шельфе пробурена, в Мексиканском заливе на месторождении "West Delta", её глубина составила 6960 м, что составляет 0,6 глубины аналогичной рекордной по глубине скважины на суше («Кольская сверхглубокая», глубина 12262 м). Самая высокая стальная платформа "Bullwinkle" (520м.) эксплуатируется в Мексиканском заливе. Самая высокая из железобетонных платформ - "Troll Gas" высотой 472 м., а наиболее тяжеловесной является "Gullfaks" с сухой массой в 1 млн. т, расположенные в норвежском секторе шельфа Северного моря. На шельфах морей и океанов выявлено около 2000 месторождений нефти и газа, значительная часть которых может быть отнесена к гигантским или крупным (см. рис. 1.3).
На 2008 год доказанные мировые запасы нефти составляют около 170 млрд-, тонн. Перспективные запасы нефти примерно вдвое больше [131]. Наиболее богатыми нефтью и газом участками континентального шельфа Мирового океана являются Персидский (более половины общемировых запасов нефти), Мексиканский и Гвинейский заливы, моря Юго-Восточной Азии, Бофорта и Северное, морская лагуна Маракайбо (Венесуэла).
Наибольшая часть мировых запасов приходится на Ближний Восток. Второе место занимает Америка. Самые богатые нефтью страны - Саудовская Аравия (21,3% от доказанных мировых запасов), Иран (11,2%), Ирак (9,3%), Кувейт (8,2%), ОАЭ (7,9%) - все они являются членами ОПЕК (см. табл. 1.1).
Составляющие инфраструктуры шельфового нефтяного месторождения и факторы, влияющие на сопутствующую им технику и оборудование, можно вы-явить, рассматривая крупнейшие шельфовые месторождения мира. Так, характеристиками Мексиканского залива являются - развитая инфраструктура, большое количество добывающих, обрабатывающих, газосжижающих установок, сеть неф-те- и газопроводов. В последние годы на фоне тенденции к снижению дебита некоторых скважин шельфа Мексиканского залива определённая часть изначально эксплуатируемого оборудования оказывается невостребованной, что приводит к наблюдаемому в настоящее время демонтажу ряда отслуживших эксплуатацион-ный срок буровых установок и отсутствию тенденции к адекватному восполнению демонтированной техники вводимым в строй новым оборудованием. Демонтаж буровых установок Мексиканского залива носил особенно массовый характер- в 1989 г. (141 ед.) и в 1990 г. (136 ед.).
В Северном море морская нефтедобыча началась значительно позднее, чем в Мексиканском заливе, но и здесь разработки ведутся уже более четверти века. К 1993 г. в Северном море уже было добыто 1500 млн. т. нефти, что составило 2/3 всех обнаруженных на то время запасов. Месторождения Северного моря полностью обеспечивают нефтью Великобританию и ряд других государств За-падной Европы. Извлекаемые запасы нефти в этом бассейне оцениваются более чем в 4 млрд. т, а газа - более 3 трлн. м . Самое крупное нефтяное месторождение этого региона - Экофиск, расположенное в территориальных водах Норвегии. Глубина моря здесь достигает 75 м. Извлекаемые запасы нефти оцениваются в 0,96 млрд. т. Продуктивные горизонты приурочены к пластам известняков мелового возраста, изогнутых в виде антиклинали размером 12x3 км. Глубина залегания пластов 1,8 км. Только 4 скважины обеспечивают добычу свыше 6 тыс.т. нефти в сутки. Предполагается, что месторождение, в течение 10 лет будет удовлетворять потребность в нефти Великобритании, Норвегии и Нидерландов на 10 %. Потенциальная годовая добыча может составить 90 млн. тонн нефти. Западноевропейские специалисты считают перспективными дальнейшие поиски месторождений, в акватории Северного моря. Они оценивают освоение одного нефтяного месторождения в наиболее обжитой части моря в 250 млн. ф. ст. С 1964 г. в Северном море пробурили 1300 поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин. Средняя стоимость одной скважины составляла 2,5 млн. долл. в южных районах моря и 5 млн. долл. - в северных. В арктических морях стоимость скважины возрастает на порядок.
Физико-географическая информация о Каспийском море
К недостаткам секций вида Б следует отнести невозможность их буксировки с грузом"ИЗ-за рыскливости. Общим недостатком секций видов А и Б является отсутствие взаимозаменяемости головной и концевой секций.
В составах из секций вида В, выполненных с подрезом транцев и оборудованных двумя обтекателями, способствующими значительному сопротивлению состава, обеспечивается возможность надёжного сопряжения транцевой кормовой оконечности секции с носовой оконечностью мореходной формы. Такие носовые оконечности характерны для грузовых теплоходов. Секции вида В являются унифицированными, так как могут использоваться с грузовыми теплоходами, и взаимозаменяемыми - могут располагаться на любом месте в составе.
Баржи, из которых формируются составы, имеют в отличие от секций обте каемые формы оконечностей корпуса, симметричные и несимметричные относи тельно миделя. Более ходки составы из барж с несимметричными обводами носа и кормы (с частично погруженным транцем), обеспечивающие пониженное сопро тивление движению за счёт меньшего угла наклона кормовых батоксов и более близкого расположения судов в составе, что в совокупности способствует лучше му обтеканию межбаржевых промежутков. , Скорости толкания одиночных груженых барж, не оборудованных стабилизаторами курса, выше, чем секций такой же грузоподъёмности. Однако буксировка барж без стабилизаторов курса невозможна, так как они рыскливы. Баржи с эффективными стабилизаторами устойчивы на курсе буксира, но стабилизаторы повышают сопротивление барж на 15-25%.
По типу сцепного устройства составы подразделяются на жёсткие и изгибаемые. Жёсткий состав характеризуется тем, что в процессе поворота его диаметральная плоскость ДП практически сохраняется прямолинейной, а поворот состава осуществляется с помощью движительно-рулевого комплекса толкача. Од-нако жестко сцепленные суда за счёт наличия в сцепах связей, амортизаторов и конструктивных зазоров получают возможность поворачиваться одно относительно другого на 1-1,5, что не мешает управлению составом.
Изгибаемые составы в дополнение к рулевому устройству толкача управляются также установленными между судами изгибающими сцепными устройствами. Эти устройства допускают отклонения ДП секций на величину, необходимую для прохождения наиболее криволинейных участков речного пути. Обычно такое отклонение не превышает 20. Изгибаемые составы! на извилистых реках благодаря лучшей проходимости имеют большую грузоподъёмность, чем жёсткие составы.
По назначению составы разделяются на специализированные, формируемые из секций или барж одного назначения, и смешанные, формируемые из судов разного назначения. По степени закрытия грузового объёма суда делятся на закрытые и открытые. Закрытыми называются суда трюмного или бункерного типа, оборудованные водо- или брызгонепроницаемыми люковыми закрытиями. К ним относятся и площадки, имеющие закрытие грузовой палубы в виде лёгкой металлической надстройки лабазного типа с люками в её крыше и лацпортами в бортовых стенках. Открытые суда - это площадки без надстроек и суда бункерного типа без люковых закрытий.
По принципу эксплуатации составы подразделяются на маршрутные и сборные. Составы называются маршрутными, если перевозки осуществляются только между конечными пунктами без переформирований в промежуточных портах. Наиболее эффективны на таких линиях большегрузные секционные составы и составные суда. Сборными называются составы, число которых в пути следования может меняться. В этом случае наиболее целесообразно использовать баржевые составы и секционные из взаимозаменяемых секций вида В. Могут быть использованы и двухсекционные составы вида Б, если достаточен грузопоток и головные секции оборудованы сцепными замками .
По району плавания! составы могут соответствовать любому разряду, регламентированному речным и морским регистрами судоходства России. Каждому разряду свойственна определённая форма и конструкция корпуса, а также тип сцепного устройства.
Проектирование несамоходного нефтеналивного флота, так же, как и сухогрузного, ведётся на основании научно-обоснованных сеток типов транспортных судов.
Нефтепродукты во всех отношениях по физико-химическим свойствам су-щественно отличаются от сухих грузов, что сказывается на архитектурно-конструктивном типе судов для их перевозки.
Нефтеналивные баржи, как разновидность судов для перевозки жидких горючих грузов наливом, классифицируются по температуре вспышки перевозимой жидкости, грузоподъёмности и т.д. Температура вспышки определяет категорию нефтеналивного судна и необходимые меры пожарной безопасности. Внешняя архитектура наливных барж, одновременно с простотой характеристик характеризуется различным местоположением и типом рубок, причём наиболее используется их кормовое расположение. Имеются баржи с переходным мостиком от рубки до бака. Баржи, спроектированные для толкания, имеют в плане форму корпуса, близкую к прямоугольнику, обводы килеватых саней в носовой части и саней с погруженным транцем в кормовой. На рис. 3.6 приведён чертёж общего расположения обыкновенной баржи грузоподъёмностью 9200т. пр. 43, с типичной архитектурой для толкаемых нефтеналивных барж, свободных от жилых рубок и надстроек.
Необходимость обеспечения условий экономически эффективной эксплуатации морских месторождений Каспия, а также небольших по нынешним оценкам малорентабельных нефтяных промыслов мощностью до 300 т/сут. добываемой. нефти, побуждает к поиску возможных путей существенного снижения затрат, связанных с добычей, хранением и транспортировкой нефти. Предусматривают применение двухэтапной загрузки транспортных судов. Вначале добытая нефть перекачивается с эксплуатационно-буровой платформы в специальную буферную емкость. По мере заполнения морского нефтехранилища нефть перекачивается из этой емкости на наливные суда [88].
Для организации транспортировки нефти таким способом необходимо наличие трех основных компонентов: 1. Подводных сооружений. В их состав входят трубопроводные системы обустройства для передачи нефти с устья скважин на плавучую систему. 2. Надводных сооружений. В их состав входят системы швартовки, обеспечивающие надежное сопряжение плавучего основания с подводным сооружениями, для бесперебойной транспортировки нефти на поверхность. 3. Систем хранения. В её состав входит нефтехранилище одного из типов специально оборудованное для комплексной подготовки, хранения и отгрузки нефти.
Таким образом, обеспечивается необходимый уровень регулярности надежности процесса транспортировки добытой нефти с морского месторождения. Нефтехранилища позволяют не прерывать морскую добычу, так как их объем со-ответствует 3-6 суточным объемам морской добычи Наличие нефтехранилищ в районе морских нефтепромыслов необходимо для обеспечения непрерывности процесса транспортировки нефти танкерами Нарушение этого процесса может быть вызвано задержками судов по различным причинам или простоями, вызванными штормовыми условиями. Особую значимость приобретает использование нефтехранилищ в районах со сложными гидрометеорологическими условиями, где наиболее вероятны нарушение регулярности действия транспортной цепи,
Возможные варианты транспортировки Каспийских углеводородов
Физико-географические факторы. Каспийское море - внутреннее озеро со средними глубинами 4м в районе северного шельфа, места расположения.наиболее значимых нефтяных месторождений. Максимальная глубина северной части Каспия - 25 м. С учётом прокладки трасс судоходных каналов до районов нефтяных месторождений, искомые суда должны обладать осадкой порядка 4-6м. Суда даннбго диапазона осадок вписываются в концепцию их постройки на заводах Поволжья, с последующим доставкой в районы северного Каспия по р. Волга. Кроме того, учитывая возможную загруженность заводов Астрахани, Волгограда и Нижнего Новгорода, в математическую модель допустимо включить варианты постройки судов в районах водного бассейна р.Дон (г. Ростов) и северо-западных регионов страны (г. Санкт-Петербург, г. Выборг).
В таком случае, прохождение судов через Волго-Донской канал накладывают технологические ограничения по осадке в 3,5м и по ширине в 17м. Аналогичные ограничения для Волго-Балтийского канала: 3,5м по осадке и 15м по ширине.
Существующие физико-географические условия позволяют прокладывать трубопроводные магистрали любых типов по дну Каспийского моря.
Помимо сравнительного мелководья, следует отметить ещё один ограничительный для транспортировки фактор - замерзание северной части Каспийского моря в период с ноября по март со средней толщиной льда 0,6-0,7м, поэтому осуществление круглогодичной отгрузки нефти с северных месторождений в незамерзающий порт Махачкала накладывает необходимость прокладки подводного нефтепровода и подключения его к нефтехранилищу, расположенному за границей зимнего ледостоя.
Технологические факторы обуславливают возможность постройки и оптимального функционирования-техники требуемых размеров и параметров. Российская Федерация обладает большим судостроительным потенциалом, способным при достаточном уровне инвестиций полностью обеспечить потребность в обес-печении углеводородных месторождений Каспийского моря морской техникой требуемых размеров и параметров (см. табл. 3.2). Судостроительная отрасль промышленности других прикаспийских стран либо отсутствует вообще, либо крупно уступает в развитии возможностям заводов России. Азербайджан и Казахстан - страны, обладающие наиболее значительными углеводородными месторождениями на шельфе Каспия, работают над проектами постройки собственных крупных судостроительных заводов.
Существенный судостроительный потенциал России делает неприемлемыми варианты постройки судов для работы на Каспии в других регионах мира, таких как Европа (значительно более высокая цена постройки и доставки судов) и даль невосточная Азия (значительно более низкая цена постройки полностью нивели руемая стоимостью перегона судов по маршруту Суэцкий канал - Босфор - Дон » Волга). Промышленное состояние России также не является препятствием для постройки и ввода в эксплуатацию морских трасс трубопроводов любых размеров, типов и объёмов. Экономические факторы. Определяют стоимость постройки судна, а также стоимость его перегона до места работы, рейдовые расходы, экономическую эффективность транспортировки нефти по танкерной или трубопроводной схемам и т.д. Закладывая в математическую модель расчетные схемы определения себе стоимости постройки и эксплуатационных расходов танкеров и трубопроводов необходимо учитывать современные экономические реалии,-а именно мировой финансовый кризис, который влияет на снижение стоимости, как судостроительных материалов, так и добываемой нефти.
Политические факторы. Влияют на разделение Каспийского шельфа между прибрежными государствами, а также обуславливаются попытками распространить своё влияние на нефтяные месторождения региона ведущими странами мира, такими как США и Великобритания, стремящимися ослабить свою зависимость от ОПЕК. Заложить данные факторы в математическую модель проблематично, однако анализируя последние политические события, касающиеся Каспийского региона, возможно, определить дополнительный довод в пользу танкерной либо трубопроводной схем транспортировки.
Экологические факторы. Каспийское море обладает уникальной реликтовой экосистемой, поэтому экологические факторы должны обуславливать постройку морской техники соответствующей мировым экологическим стандартам. В разрабатываемую математическую модель в её формате (определение опти-мальных способов транспортировки нефти) экологические факторы напрямую включены не будут, служа лишь дополнительным аналитическим материалом.
Российские месторождения Каспийского моря расположены в пределах двух блоков: северного в районе 4430 с.ш., 48 в.д. и центрального в районе 43-с.ш., 49 в.д. Соответствующей морской транспортно-добывающей инфраструктурой необходимо обеспечить каждый из этих блоков. Специфика месторождений северного блока заключаются в их расположении в зоне зимнего ледообразования.и в зоне северной мелководной части шельфа. Ниже будут рассмотрены основные возможные варианты транспортировки углеводородов с Каждого из блоков российских шельфовых месторождений Каспийского моря.
Математическое моделирование проектирования одноточечного рейдового причала
Так как число уравнений системы значительно меньше числа неизвестных, используемых в них, к которым относятся D, L, В, Т, Н, 5, а, и Nc, то необходимо воспользоваться дополнительными данными или рассмотреть дополнительные условия.
Водоизмещение судна в первом приближении определяется с помощью коэффициента использования полной массы по грузоподъёмности тгр: D = P,p/Ti.p, (4-196) Длину судна можно определить [106] по формуле: L = l-V , (4.197) где: I - относительная длина судна. Ширина судна в первом приближении может быть найдена из отношения длины корпуса судна к его ширине L/B по формуле (4.189). Рекомендуемые значения ВЯ, Н/Т и L/H принимаем по (4.190), (4.191) и (4.192).
Рком - масса комплекса, обеспечивающего перемещение и удержание трубоукладочного судна на заданной позиции; Ргр - масса труб, подлежащих укладке; Расчёт составляющих нагрузки проводился в соответствии с формулами, приведёнными в работе [7].
Воздушное RB3 и волновое RDJ1 сопротивления трубоукладочного судна определены по [46]. Воздушное сопротивление RB3 при встречном направлении ветра может быть определено по формуле: RB3= 6,45-10-5-vBCT-(D2/3 + 92,2-D1/3), (4.216) где: vBET - скорость ветра, м/с. Волновое сопротивление RBn определяется по результатам испытаний, проведённых ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова с плавкранами пр. 16490: RBJ, = c-D(l -exp(-6,3-h3%/D1/3))4, (4.217) где: гіз% - высота волны трёхпроцентной обеспеченности, м; с — коэффициент; с= 0,8...1,2. Масса экипажа вычисляется по формуле: Рэк = (Рэк-пЭк + (Рпр + р„У ПЭТ-1А)- 1О"3, (4.220) где: Рэк - масса одного члена экипажа, кг; рпр, рп - массы провизии и пресной воды на одного члена экипажа, кг/cyj; , пэк - численность экипажа судна, чел.; tA - автономность судна, сут. Таким образом, имея численные значения всех составляющих нагрузок судна можно вычислить величину водоизмещения судна во втором приближении, после чего уточнить значения главных размерений.
В соответствии приведенным алгоритмом автором была создана расчётная программа для определения основных элементов трубоукладочного судна водо-измещающего типа (см. главу 5.4). Помимо расчёта элементов трубоукладочного судна в подпрограмму заложен алгоритм выбора наиболее приемлемого вспомогательного судна - заводчика якорей из базы данных таких судов с различными параметрами. Выбор осуществляется на основании полученного водоизмещения трубоукладочного судна.
Для решения задачи моделирования процесса определения оптимального состава транспортировочных средств для обслуживания шельфо-вых месторождений Северного Каспия приняты для использования алгебраические математические модели. Задача оптимизации формулируется как экстремальная задача математического программирования.
Создана база данных по современным танкерам дедвейтом 1000 -30000 т. Анализ зависимостей основных элементов танкеров от дедвейта на основе метода наименьших квадратов позволил получить формулы для приближенного определения основных характеристик танкеров. Эти формулы могут быть использованы на этапах разработки ОТЭТ и ТЭО, а также на ранних стадиях проектирования/ганкеров.
Разработана математическая модель проектирования.танкера для условий работы на Северном и Центральном Каспии. Разработана методика определения основных элементов проектируемого танкера для перевозки сырой нефти от российских морских месторождений Каспия. По этой методике возможно определение необходимого числа танкеров для обслуживания месторождений на-основании критерия суточной потребно-сти вывоза нефтис эксплуатационной платформы или плавучего нефтехранилища. Разработана методика определения себестоимости постройки- современных танкеров, годовых эксплуатационных расходов и суммарных приведённых затрат.
Разработана математическая модель проектирования сети транспортных трубопроводов от месторождения до существующего магистрального нефтепровода. Разработана методика расчёта параметров трубопроводов для доставки сырой нефти от морских месторождений шельфа Каспия. Разработана методика определения стоимости строительства, эксплуатации нефтепроводов и суммарных приведённых затрат по транспортировке добытой нефти этим способом.
Собрана база данных по современным одноточечным рейдовым многоякорным причалам плавучего типа. С помощью анализа их основных элементов на основе метода наименьших квадратов получены соотношения главных размерений и зависимости, характерные для причалов данного типа.
Разработана математическая модель проектирования одноточечного многоякорного рейдового причала плавучего типа. Разработана методика расчёта якорной системы и проектирования причала.
Разработана математическая модель проектирования плавучего нефтехранилища, переоборудованного из судна танкерного флота, срок эксплуатации которого подходит к окончанию.
Собрана база данных по современным трубоукладочным судам водоиз-мещающего типа. С помощью анализа зависимостей основных элементов трубоукладочных судов от их длины на основе метода наименьших квадратов получены соотношения и зависимости, характерные для трубоукладочных судов.
Разработана математическая модель проектирования трубоукладочного судна водоизмещающего типа с прямоугольными судовыми обводами для прокладки трубопроводов в условиях Северного и Центрального Каспия. Разработана методика определения в первом приближении главных размерений и составляющих нагрузок трубоукладочного судна, которые позволяют во втором приближении вычислить величину водоизмещения судна и уточнить значения его главных размерений.
