Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДОВ НА ШЕЛЬФЕ
АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ РОССИИ 16
1.1. Общая часть 16
Состояние и тенденции развития мирового рынка метанола 17
Расположение «нерентабельных» месторождений природного газа в Баренцевом море и их характеристики 20
1.4.Основные типы сооружений и общие технические решения для шельфа
арктических морей 23
1.5 Технические решения по отдельным узлам оффшорных сооружений 26
Общая характеристика состояния нормативной базы проектирования оффшорных сооружений 29
Проблемы транспортировки газа с месторождений арктического шельфа 31
Экономические аспекты освоения месторождений на шельфе 32
Экологические аспекты и оценка рисков при освоении шельфовых месторождений углеводородов 35
Выводы по главе 1 и постановка задач исследований и разработок 39
2 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-
ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ (МПТС) И МОРСКОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО
КОМПЛЕКСА (МПК) 42
2.1 Вводная часть 42
2.2 Морфологический анализ проектных ситуаций и пространства возможных
решений 46
2.3 Методы синтеза технико-технологических решений 52
2.4 Методы формирования компоновочных решений 57
2.5 Функционально-стоимостной анализ (ФСА) при проектировании
технических систем 59
Выводы по главе 2 63
3 ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ И АРХИТЕКТУРНО-КОМПОНОВОЧНЫХ
РЕШЕНИЙ ПОМПК 65
3.1 Формирование технических и архитектурно-конструктивных решений по
производственно- технологическому комплексу (ПТК) МПК 65
Основные концепции и технические требования к ПТК 65
Основные технологические процессы и типовые модули для переработки природного газа в
метанол 71
3.1.3. Формирование блок-модулей основного технологического и вспомогательного оборудования ПТК..76
Учет влияния качки МПК на технологические процессы 82
Формирование общих компоновочных решений по ПТК 83
3.2 Формирование технических и компоновочных решений по МІЖ в целом85
Формирование общего расположения МПК и выбор главных размерений , 85
Корпус 90
Якорная система удержания и райзеры 91
Система отгрузки метанола 93
Жилой комплекс 96
Судовые устройства 96
Судовые системы 97
Энергетический комплекс 98
Нагрузка масс, водоизмещения и осадки судна 99
Выводы по Главе 3 102
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ
ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ (МПТС) 104
Методические основы технико-экономического анализа вариантов МПТС 104
Рассмотренные варианты и решенные задачи по МПТС 110
4.3 Основные принятые сценарии и экономические параметры 112
Результаты сопоставительных технико-экономических расчетов вариантов МПТС 114
Капитальные затраты на реализацию рекомендуемого варианта МПТС.. 122
Производственные издержки по рекомендуемому варианту МПТС 122
Выводы по главе 4 125
5 АНАЛИЗ ВОЗДЕЙСТВИЯ МІЖ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ОЦЕНКА РИСКА
ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ 127
Источники и виды воздействий на ОС 127
Укрупненная оценка воздействия объектов МГЖ на компоненты ОС 129
Отходы на производстве и способы их утилизации 134
Оценка возможности возникновения аварийных ситуаций, их вероятность, масштаб и продолжительность воздействия 137
5.5 Мероприятия по снижению рисков и обеспечение комплексной
безопасности 144
Выводы по Главе 5 146
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 148
Принятые сокращения 151
Перечень литературы 153
Введение к работе
В1. Потенциальное исчерпание запасов углеводородов на континенте
неизбежно требует решения проблемы освоения месторождений,
расположенных на шельфе, основная часть которых в России сосредоточена на шельфе арктических морей.
На протяжении последних двух-трех десятилетий отечественные
научно-исследовательские и проектные организации во главе с Газпромом уделяют особое внимание проблеме освоения шельфовых месторождений газа.
Решение этой проблемы, в плане развития экономики, приобрело для России стратегический характер.
Разработан проект Северо-Европейского газопровода (СЕГ) - «Северный поток», прокладка которого будет осуществляться по дну Балтийского моря. В качестве одного из источников газа для него, в перспективе, рассматривается Штокмановское газо-конденсатное месторождение (ШГКМ), расположенное в Баренцевом море.
Осуществляется реорганизация судостроительной промышленности, начатая по инициативе Президента и ставящая перед собой цель не только развития военного кораблестроения и гражданского судостроения, но и создание технических средств для освоения шельфовых месторождений углеводородов.
В2. Разведанные запасы ШГКМ составляют более 3 трлн. куб. м. Большие месторождения газа расположены в Карском море, природно-климатические условия которого более суровы и разработка проектов освоения еще не переведена в практическую плоскость.
С проблемами обустройства месторождений на шельфе арктических морей непосредственно связан вопрос транспортировки углеводородного сырья к потребителям и/или на заводы по их переработке в жидкие виды
продуктов (синтетическую нефть, метанол и др.) или в сжиженный газ как более удобные для перевозки морским, железнодорожным или автомобильным транспортом.
Значительные затраты на обустройство месторождений и
транспортировку газа, исчисляемые миллиардами долларов, в рамках традиционных схем и технических решений непропорциональны запасам этим месторождений и для малых или средних месторождений могут оказаться нерентабельными.
Целью данной работы явилось проведение исследований, поиск и обоснование технических решений, которые обеспечили бы не только рентабельность освоения таких месторождений, но и, за счет оптимизации структуры и параметров этих решений, дали бы значительный экономический эффект в условиях складывающейся и прогнозируемой коныонктуры внутреннего и внешнего рынков.
Настоящая работа является результатом обобщения опыта исследований и разработок в одном из направлений освоения шельфа арктических морей России, которые выполнялись под руководством и с участием соискателя.
ВЗ. Это направление связано с созданием морских производственных комплексов (МІЖ) для переработки природного газа в метанол, имеющий большой спрос на мировом рынке. Мировой дефицит метанола как исходного продукта для химической промышленности и топливно-энергетического комплекса привел к значительному повышению оптовых цен на этот продукт, в результате чего они к концу 2006 года достигли $650 за тонну.
Отмечается значительное повышение спроса на метанол на таких емких рынках, к каким относится экономики Китая, Индии и многих других стран, не имеющих собственных сырьевых ресурсов в необходимом объеме.
Создание и использование такого комплекса, как показывают результаты выполненных исследований, является разрешением ряда технических и экономических противоречий, возникающих при освоении, так называемых,
«нерентабельных» месторождений газа на шельфе, которые до настоящего времени находятся, практически, «вне поля зрения» генеральных Заказчиков и Разработчиков.
Преобразование природного газа в метанол на месте добычи позволяет отказаться от строительства газопроводов и использовать существующий танкерный флот, который может обеспечивать доставку метанола потребителям практически на любые расстояния по более низким ценам, чем наземный транспорт.
По мере исчерпания запасов газа на одном месторождении производственно-технологическое судно (ПТС) перебазируется на другое.
Выбор метанола в качестве продукта, получаемого из природного газа на МПК, не случаен и этому виду продукта в результате выполненного анализа отдано предпочтение перед другими, такими как:
искусственная нефть, которая могла бы быть получена примерно по такой же технологической схеме, что и метанол (реакция Фишера-Тропша)
сжиженный газ, технологии получения и отгрузки которого связаны с криогенными процессами для понижения температуры газа до минус 160 С, что само по себе является технической проблемой. Кроме того, в России до настоящего времени отсутствует флот газовозов.
В4. Вопросам освоения месторождений углеводородов на шельфе России и, в частности, ставящимся в диссертации, посвящены международные конференции «Освоение шельфа арктических морей России - RAO», проводимые каждые 2 года в С.-Петербурге.
Материалы конференций [95-101] позволяют отследить состояние и тенденции в освоении шельфа и эволюцию проектных, технических и технологических решений при обустройстве месторождений и создании систем транспортировки углеводородов. Труды этих конференций, учитывая широту и полноту рассматриваемых вопросов в данной предметной области, явились
важнейшей составляющей информационной базы для подготовки настоящей работы.
В5. С учетом комплексности разрабатываемой соискателем темы, одной из предметных областей исследований явились вопросы освоения шельфовых месторождении газа и, как составляющие, подобласти:
природно-климатические условия, учет которых обязателен для организации эффективной человеческой деятельности на всем протяжении жизненного цикла создаваемых искусственных систем и которые в значительной степени определяют требования к параметрам создаваемой системы
средства океанотехники, реализующие такие процессы, как бурение, добычу, переработку (частичную или полную) природного газа, транспортировку сырья или продукта к потребителю и вспомогательные суда, обеспечивающие решение задач строительства, функционирования и демонтажа элементов созданной системы по завершении ее эксплуатации
экономический и экологический факторы, развивающиеся на всем протяжении жизненного цикла создаваемой системы и, наравне с техническими решениями, определяющие эффективность создаваемой системы добычи, переработки и транспорта продукта потребителю.
Другой предметной областью исследований явились вопросы
реализации в морских условиях реакции Фишера-Тропша, используемой для
получения метанола из природного газа (метана) на заводах, расположенных на
континенте. При этом для проектирования заводов в «морском
исполнении» появляются дополнительные ограничения и требования,
диктуемые условиями их функционирования, и являющиеся несущественными для заводов «наземного исполнения».
Применительно к судам комплекс технических средств, обеспечивающий переработку газа в метанол, является специальной системой, определяющей
назначение (основную функцию) судна. Требования к судну как плавающему объекту со стороны этой системы могут вступать в противоречие с традиционными решениями для судов и требуют не только поиска компромиссных решений, но; и пересмотра технологического процесса и технических средств его реализующих.
Поэтому в работе основное внимание как объектам исследований и разработок уделено вопросам формирования проектных и технических решений:
по вариантам производственно-транспортной системы (МПТС) в целом
по конкретному варианту МПК.
Прототипы проектов МПК аналогичного назначения в России отсутствуют.
Имеются сведения о проработках плавучих комплексов для крекинга сырой нефти и сжижения природного газа.
В настоящее время при освоении шельфовых месторождений получают развитие суда типа FPSO (Floating Production Storage and Offloading) для добычи, предварительной переработки, хранения и отгрузки добываемого продукта. Примеры FPSO приводятся в Главе 1 настоящей работы.
Вб. Таким образом, формирование технических решений по МПК является лишь частью задачи разработки проекта обустройства шельфовых месторождений.
Решение этой задачи в комплексе выходит за пределы распределения, организации и технологии проектирования, сложившихся в судостроении рі в строительстве гидротехнических сооружений.
В частности, уже на начальном этапе работ соискатель столкнулся с необходимостью:
проведения маркетинга в области рынков сбыта газа и продуктов из
него
предварительного поиска мест расположения шельфовых
месторождений газа и анализа возможных вариантов их освоения.
87. Постановке задач исследований и проведению самих работ по теме
способствовало:
изучение опыта ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, судостроительных конструкторских бюро, предприятий Газпрома и Роснефти по проектированию шельфовых сооружений
ознакомление с работами по теории проектирования судов и исследовательского проектирования в ВМФ
ознакомление с публикациями ВНИИГаз, РГУ им. Губкина и других организаций (в том числе и зарубежных), работающих в области нефтегазодобычи, включая проектирование морских стационарных и плавучих платформ (МСП и МПП).
Вместе с тем, отсутствие общепринятых методических основ решения задач, с которыми столкнулся соискатель, не говоря уже об отсутствии нормативной базы в данной области, потребовало конкретизации и развития некоторых положений теории проектирования технических систем в части проектирования МПТС и морских производственных комплексов для переработки природного газа в метанол.
88. Для комплексного решения задачи разработки МПК указанного
назначения соискателем были выполнены исследования и разработки по
следующим направлениям:
выполнен анализ состояния и выявлены основные тенденции возможного развития мирового рынка метанола
выявлены наиболее перспективные для освоения в ближайшее десятилетие месторождения газа, которые отнесены к «нерентабельным» при освоении их с использованием традиционных технологий и средств, но могут быть освоены с использованием МПК предложенного типа
проведен анализ проблем, характерных для освоения шельфовых месторождений углеводородов в арктических морях России
выявлены подходы и методы, применяемые на ранних стадиях проектирования сложных технических систем, которые были использованы при разработке данной темы и могут быть рекомендованы для последующих стадий проектирования
проведен технико-экономический анализ различных вариантов МПТС
выполнено формирование архитектурно-конструктивного облика «лучшего» (по результатам технико-экономического анализа МПТС) МІЖ
выявлены возможные виды и параметры воздействия МПТС па окружающую среду, дана оценка рисков и возможного ущерба от этого воздействия, а также рассмотрены способы минимизации вероятности возникновения аварий.
В9. Теоретической и методической базой для выполнения
диссертационной работы послужили:
исследования ведущих российских и зарубежных ученых и специалистов в области освоения шельфовых месторождений углеводородов и проектирования плавсредств (судов и кораблей)
конкретные теоретические, аналитические и статистические данные, характеризующие свойства судов (удельные показатели)
экономические показатели, характеризующие финансовые потоки в процессе строительства и эксплуатации МПК
для реализации методики технико-экономического анализа и выполнения вариантных расчетов МПТС на ЭВМ использовались средства Microsoft Excel для Windows.
Обеспечение комплексности решения задач исследований и
проектирования потребовало использования методологии системного подхода, основными положениями которого являются требования:
рассмотрения проектируемого объекта как иерархической системы функциональных подсистем, взаимодействующих с окружающей средой в физическом, экономическом и экологическом планах
учета развития системы во времени
принципа целеполагания и оптимизации структуры и параметров проектируемого объекта путем декомпозиции процесса проектирования системы на ряд этапов с сокращением пространства возможных решений (вариантов) до минимума.
В10. Диссертация, помимо Введения, содержит следующие разделы. ~ Глава 1 посвящена анализу состояния и перспектив освоения шельфовых месторождений углеводородов в арктических морях России и других северных стран и анализу научно-технических проблем освоения шельфа и возможных путей их решения. В ней рассматриваются:
состояние и тенденции развития мирового рынка метанола
характеристика природно-климатических условий в южной части Баренцева моря как потенциального района установки МІЖ
основные типы сооружений и общие технические решения для обустройства месторождений, а также технические решения по основным узлам оффшорных сооружений
состояние нормативной базы для проектирования оффшорных сооружений
проблемы транспортировки сырья при добыче углеводородов на арктическом шельфе
экономические аспекты освоения месторождений на шельфе
экологические аспекты и оценка рисков возникновения аварийных ситуаций при освоении шельфовых месторождений углеводородов. Учитывая ограничения по объему диссертационной работы, в ней даются
ссылки на работы, непосредственно относящиеся к объкту разработки. Перечень остальных использованных работ приведен в Перечне литературы.
В конце Главы приводятся выводы и постановка задач исследований. В Главе 2 рассматриваются методические основы проектирования МПК и производственно-транспортной системы в целом, включая:
формализацию представления проектных ситуаций и пространства возможных решений
методы синтеза технико-технологических решений и формирования компоновочных решений, используемые при проектировании технических систем и пространственных сооружений
некоторые аспекты использования методов функционально-стоимостного анализа при формировании технических решений
