Комплексное обеспечение безопасности морских объектов Штокмановского газоконденсатного месторождения (часть 1)

УДК 629.039.58

Комплексное обеспечение безопасности морских объектов Штокмановского газоконденсатного месторождения

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2012

И.Ю. Олтян, Т.Л. Ляховец

Аннотация

В статье рассмотрены основные подходы к комплексному обеспечению безопасности морских объектов (подводного добычного комплекса, технологического судна, морского двухниточного трубопровода) Штокмановского газоконденсатного месторождения, расположенного в центральной части шельфа российского сектора Баренцева моря на значительном удалении от береговой линии, в районе со сложными природно-климатическими условиями.

В части 1-й приведены основные сведения об объекте, источниках опасности и обозначены общие подходы к обеспечению безопасности.

Более подробное описание технических решений по каждому уровню защиты будет дано в части 2-й статьи.

Ключевые слова: Штокмановское газоконденсатное месторождение; ШГКМ; технологическое судно; подводный добычный комплекс; морской трубопровод; опасность; безопасность; эвакуация и спасание.

Ensuring the Safety of the Offshore Facilities of the Shtokman Gas Condensate Field

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2012

I. Oltyan, T. Lyakhovets

Abstract

The article describes the main approaches to the safety of offshore facilities (Subsea Production Facilities, Floating Production Unit, Trunkline offshore section) for the Shtokman Gas Condensate Field located in the central part of the Russian sector of the Barents Sea at a considerable distance from the shoreline in the area with harsh climatic conditions.

Key words: Shtokman Gas Condensate Field; ShGCF; floating production unit; subsea production facilities; marine trunkline; hazard; safety; evacuation; rescue.

Введение

Согласно «Основам государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2020 года и дальнейшую перспективу», утвержденным Президентом РФ 18 сентября 2008 г. № Пр-1969, одним из стратегических приоритетов Российской Федерации в Арктике является развитие ресурсной базы. Главные цели государственной политики Российской Федерации в Арктике достигаются путем освоения континентального шельфа Российской Федерации, в том числе началом работ по освоению нефтегазовых месторождений в Арктической зоне Российской Федерации, а также внедрением новых видов техники и технологий для освоения морских месторождений полезных ископаемых в арктических условиях.

С 1997 года для добычи нефтепродуктов в море стали применяться FPSO (floating production, storage and offloading) — плавучие системы добычи, хранения и выгрузки нефтепродуктов. В настоящее время эксплуатируется много различных типов таких систем, построенных по отдельным проектам, зависящим от природно-климатических условий района эксплуатации, вида добываемых нефтепродуктов, глубины залегания пласта и др. Общемировой парк FPSO на 2009 год составлял 181 шт. (с учетом строя-

щихся и находящихся в реконструкции). К 2020 году планируется увеличить общемировой парк FPSO в 1,4—1,6 раза.

Использование новой техники и технологий выдвигает повышенные требования к обеспечению безопасности при производстве работ на континентальном шельфе Арктической зоны РФ.

Уникальным по своим масштабам и сложности работ является проект комплексного освоения Штокмановского газоконденсатного месторождения, расположенного на континентальном шельфе Российской Федерации в районе с суровыми природно-климатическими условиями, на значительном удалении от береговой инфраструктуры.

Часть 1.

Основные сведения об объекте и общие подходы к обеспечению безопасности

1. Общие сведения о Штокмановском газоконденсатном месторождении

Штокмановское1 газоконденсатное месторождение (далее — ШГКМ) расположено в центральной части шельфа российского сектора Баренцева моря в 290 км к западу от побережья островов архипелага Новая Земля и в 610 км от порта г. Мурманска (рис. 1).

Рис. 1. Расположение Штокмановского газоконденсатного месторождения

1 Штокмановская структура была выявлена в 1981 году в результате комплексных морских геофизических исследований, проведенных специалистами треста «Севморнефтегеофизика» с научно-исследовательского судна «Профессор Штокман», в связи с чем и получила свое название.

Газоконденсатная залежь покрывает географическую площадь около 1400 км2 и составляет около 48 км в длину и 35 км в ширину. Начальные геологические запасы оцениваются в 3,9 трлн м3 газа и 56 млн т газового конденсата.

Пластовое давление ШГКМ составляет 20—24 МПа. Добываемый газ содержит не менее 93,7 % метана. Глубина залегания верхнего горизонта — 1800 м от дна. Глубина моря в районе месторождения составляет 300—380 м [1].

2. Краткая характеристика морских объектов ШГКМ

Проектом «Комплексное освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения. Фаза 1. Морские объекты» предусмотрено создание подводного добычного комплекса (ПДК), который с помощью системы шлангокабелей, внутрипромысло-вых трубопроводов и райзеров через разъединяющуюся турель будет соединяться с ледостойким технологическим добывающим судном (далее — ТС). Общая технологическая схема добычи углеводородов Штокмановского газоконденсатного месторождения представлена на рис. 2.

На борту технологического судна будет осуществляться переработка газа, а также разделение газа и конденсата. Основной технологический процесс будет включать сепарацию газа, воды и конденсата, блок осушки, оборудование компримирования газа, системы откачки конденсата и манифольд для нагнетания газа и осушенного конденсата в трубопровод. Газ и

конденсат от технологического судна будут транспортироваться на берег в двухфазном режиме по двухни-точному трубопроводу с внутренним постоянным диаметром 34 дюйма. Проектное давление в трубопроводах 189,5 бар, аварийное — 199 бар. Длина каждой нитки морского трубопровода — 550,6 км в море. Выход трубопровода на берег намечен в губе Опасова, которая расположена на восточном побережье п-ова Териберский (район Восточного Мурмана).

Персонал, обслуживающий морские объекты ШГКМ, будет находиться на борту технологического судна, работать вахтовым методом и доставляться на ТС вертолетом.

Технологическое судно будет иметь российский флаг.

3. Основные источники опасности

ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) является разработчиком инженерно-технических мероприятий гражданской обороны и мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций (ИТМ ГОЧС) проекта «Комплексное освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения. Фаза 1. Морские объекты» [2, 3].

При разработке ИТМ ГОЧС было определено, что наиболее опасными участками морских объектов ШГКМ являются:

1. Подводный добычный комплекс в составе: буровые центры;

внутрипромысловые трубопроводы, соединяющие добычные донные устройства с устройствами подключения райзеров;

Рис. 2. Общая технологическая схема добычи углеводородов Штокмановского газоконденсатного

месторождения

устройства подключения райзеров к трубопроводам; система соединения элементов ПДК; райзерная система; шлангокабели.

2. Технологическое судно в составе: модули верхних строений и факельная вышка на верхней палубе;

добычные манифольды; входные сепараторы; линии осушки; линии обработки конденсата; линии компримирования газа; линии экспорта газа;

линия регенерации моноэтиленгликоля (МЭГ) и обработки пластовой воды;

линия нагнетания давления в трубопроводе при пуско-наладочных работах;

турельный узел с поворотной системой; отсоединяемый модуль ЯРБ (якорный райзерный буй);

системы подсоединения и разъединения. Основными факторами, влияющими на возможность возникновения аварий на морских объектах ШГКМ, являются:

сложные природно-климатические условия; высокая энергоемкость производства на ограниченной площади, сложность компоновки технологического судна;

удаленность месторождения от берега; человеческий фактор.

Штокмановское газоконденсатное месторождение расположено в районе со сложными природно-климатическими условиями. Температура окружающего воздуха может падать до очень низких значений, причем охлаждающее действие ветра усиливает это воздействие. Самые низкие суточные температуры воздуха, наблюдаемые раз в 100 лет, составляют — 38оС.

Баренцево море является одним из самых штормовых морей России. Здесь, в отличие от других арктических морей, в течение всего года сохраняются обширные, свободные от льда пространства, что в сочетании с активной циклонической деятельностью приводит к высокой повторяемости штормового волнения. Высота волн может достигать 27 м.

В районе Штокмановского месторождения встречается обледенение, обусловленное намерзанием льда вследствие забрызгивания сооружений морской водой (морское брызговое обледенение), и отложение льда, обусловленное замерзанием капель дождя, мороси, тумана или налипанием мокрого снега. Наиболее опасное очень быстрое обледенение (нарастание льда более 30 мм/ч) возможно в январе— марте. Его максимальная повторяемость в феврале достигает 15 %.

Общая сплоченность льдов в районе Штокманов-ской структуры, изменяющаяся в течение ледового сезона от 0 до 10 баллов, в средних многолетних значениях не превышает 4-х баллов.

Район Штокмановского газоконденсатного месторождения и большая часть морского двухниточ-ного трубопровода находятся в пределах 1—5 % вероятности появления айсбергов или их обломков, при этом возможно появление айсбергов весом до 4 млн т, высотой до 20 м и осадкой до 100 м. Айсберги относятся к наиболее опасным природным явлениям, которые могут вызвать значительные разрушения объектов и последующие экологические катастрофы в результате аварии при работах на арктическом шельфе.

Фонтанирование газа из скважин (при бурении или эксплуатации) по тяжести последствий и воздействию на технологические объекты и персонал является одной из наиболее опасных аварийных ситуаций, которые могут произойти на морских установках континентального шельфа.

Сложность компоновки технологического судна, представляющего собой многоэтажную конструкцию с высокой плотностью размещения высокоэнергетического оборудования и практически полным отсутствием безопасных разрывов между производственными и жилыми зонами, сложность локализации и ликвидации аварий многократно увеличивают вероятность гибели персонала при возможной аварии.

Удаленность месторождения от берега предполагает доставку персонала на борт ТС при помощи вертолетов. Падения вертолетов, по данным OGP2 [4], являются наиболее весомым вкладом в профессиональный риск для персонала морских объектов ШГКМ (рис. 3).

и,;.

Рис. 3. Прогнозируемый вклад различных факторов в профессиональный риск для ШГКМ

Удаленность Штокмановского месторождения от основных транспортных путей уменьшает вероятность получения быстрой помощи при возникновении аварии, значительно затрудняет эвакуацию персонала.

Кроме того, в условиях холода и многомесячной полярной ночи скорость реакции человека снижается, что является дополнительным фактором, увели-

2 OGP - International Association of Oil & Gas Produsers

чивающим вероятность возникновения и развития аварии.

4. Основные мероприятия по обеспечению безопасности на морских объектах ШГКМ

Добыча, хранение, переработка и транспортировка углеводородов на арктическом шельфе является

одним из наиболее опасных видов производственной деятельности. Как показывает мировой опыт, аварии на плавучих объектах добычи углеводороводов чреваты высоким риском людских и материальных потерь и серьезнейшими экологическими последствиями. Достаточно лишь вспомнить аварию на плавучей буровой платформе Deepwater Horizon компании BP 20 апреля 2010 г. в Мексиканском заливе. В момент

ЬСЮ 1

Предотвращение аварий. Абсолютный приоритет, выполняется проектной организацией и Оператором объекта

Современная конструкция судна в исполнении для арктических/субарктических условий_

Безопасная компоновка оборудования_

технологического

Предотвращение/управление опасностями, связанными с процессами добычи, транспортировки, хранения и переработки углеводородов_

О

Защита от природных опасностей

]3ащита от движущихся объектов (судов и пр.) Предотвращение воздействия на персонал опасных факторов при нормальной эксплуатацир!_

Контроль опасностей, эксплуатацией ПДК_

связанных

Контроль опасностей, связанных с двухниточным трубопроводом_

морским

ШБ2

Управление работой морских объектов . ШГКМ в стандартном и нестандартном/ режимах

Интегрированная система безопасности (ИСУБ)_

управления

Коммуникационные системы (системы связи) КИТСО

Обучение персонала

LOD3 Раннее выявление утечек, раннее обнаружение

Контроль возникновения опасностей и / ^-пожара

раннее предупреждение \

LOD4 Безаварийная остановка технологических

Безопасный автоматический останов ( "Процессов

LOD5

Конечные защитные барьеры

Предохранительные высокоинтегрированная избыточного давления

клапаны и

система защиты от

Отсоединение ТС

Пассивная противопожарная защита

Пассивная противовзрывная защита

Контроль проливов

Аварийная группа

План ликвидации аварий

LOD6 А Действия в случае аварийной ситуации\. Система оповещения

Связь в аварийной ситуации

Защита персонала при аварии

Активная противопожарная защита

Эвакуация и спасение

LOD 7 А

Организация поисково-спасательного V ДПлан аварийно-спасательного обеспечения

обеспечения

Рис. 4. Уровни защиты, предусмотренные в проекте

взрыва на платформе Deepwater Horizon погибло 11 человек и пострадало 17 человек из 126 человек, находившихся на платформе. Через повреждения труб скважины на глубине 1500 метров в Мексиканский залив за 152 дня вылилось около 5 миллионов баррелей нефти, нефтяное пятно достигло площади 75 тысяч квадратных километров. Этот разлив нефти стал крупнейшим в истории США и превратил аварию в одну из крупнейших техногенных катастроф по негативному влиянию на экологическую обстановку.

Основной причиной аварии были множественные сбои в работе предохранительных устройств и нарушения техники безопасности. Авария нефтяной платформы Deepwater Horizon еще раз доказывает, что нет стопроцентной страховки и гарантии от катастроф даже при применении самых последних технологий. Необходимо срочно приводить в соответствие масштаб разработки морских месторождений со средствами предупреждения и ликвидации подобных аварий, повышать надежность оборудования для работы на шельфе, вести постоянный контроль, разрабатывать более требовательные стандарты для морского бурения и добычи [5]. В этой связи комплексное обеспечение безопасности является приоритетным направлением при реализации проектов освоения шельфовых месторождений.

На начальной стадии проектных работ (стадия FEED) с использованием метода HAZID были определены основные источники опасности морских объектов ШГКМ. Далее был проведен анализ рисков и пригодности к эксплуатации всего объекта в целом методом HAZOP [6] — формальным методом исследования безопасности и эксплуатационной пригодности проекта технологического процесса на морских объектах ШГКМ с учетом отклонений от нормального режима эксплуатации. Целью исследований являлось выявление скрытых неисправностей или опасных взаимодействий и определение зон, в которых необходимо выполнить ряд работ по повышению надежности, работоспособности и безопасности.

Проект «Комплексное освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения. Фаза 1. Морские объекты» разработан в соответствии со следующими нормативными документами:

NORSOK S-001 Техническая безопасность;

NORSOK Z-013 Анализ риска и анализ готовности к ЧС;

ISO 13702 Контроль и минимизация последствий пожаров и взрывов на морских добывающих установках. Требования и указания;

ISO 10418 Морские добывающие платформы, исследование, проектирование, установка и испытание основных систем безопасности;

ISO 17776 Установки для добычи из морских ме-

сторождений. Руководящие указания по выбору инструментов и методик для идентификации опасностей и оценки риска;

ПБ 08-623-03 Правила безопасности при разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений на континентальном шельфе;

ПБ 08-624-03 Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности;

ГОСТ Р 51330 Электрооборудование взрывоза-щищенное. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон и др.

Для комплексного обеспечения безопасности проектом «Комплексное освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения. Фаза 1. Морские объекты» предусмотрена совокупность проектных решений, включающих организационную и техническую составляющие, направленных на исключение разгерметизации технологического оборудования, предупреждение аварийных выбросов опасных веществ, локализацию и ликвидацию аварии и обеспечение безопасности персонала — так называемые уровни защиты (LOD, Line of Defence) [7] (рис. 4).

Последовательное применение уровней защиты при эксплуатации объектов ШГКМ направлено на уменьшение последствий аварийных выбросов опасных веществ и минимизацию возможных рисков.

Описание решений по каждому из уровней защиты будет приведено во второй части статьи.

Литература

1. http://www.shtokman.ru/

2. Комплексное освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения. Фаза 1. Морские объекты. Проектная документация. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций. Шифр RU 38ПР-09/33ФО-09-ИТМ ГОЧС. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС, 2010.

3. Олтян И.Ю. Использование инструмента анализа рисков в системе МЧС России // Сб.: ВНИИ ГОЧС: вчера, сегодня, завтра. 35 лет на службе безопасности жизнедеятельности. М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2011.

4. http://www.ogp.org.uk/

5. http://ru.wikipedia.org/

6. ГОСТ Р 51901-2002 Управление надежностью. Анализ риска технологических систем.

7. Комплексное освоение Штокмановского газоконденсатного месторождения. Фаза 1. Морские объекты. Проектная документация. Концепция безопасности морских сооружений. Шифр RU-SH1-30-F001-424001. М.: SDAG, 2010.

Сведения об авторах

Олтян Ирина Юрьевна: к. т. н., ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ),

нач. научно-исслед. центра.

121352, Москва, ул. Давыдковская, д. 7.

Тел.: (499) 233-25-70.

E-mail: irenaoltyan@mail.ru

Ляховец Татьяна Лаврентьевна: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), с. н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, д. 7. Тел.: (499) 449-99-23. E-mail: tatiana.l@mail.ru