Как демонтировать нефтяную платформу, весящую как Эмпайр-стейт-билдинг

  • 25 августа 2016
Нефтяная платформа Правообладатель иллюстрации Getty Images

Нефтяные скважины в Северном море начинают иссякать. Как вывести их из эксплуатации? Обозреватель BBC Future Пол Маркс в своей статье рассказывает, какая это непростая и масштабная задача.

Двухкорпусные мега-корабли, подводные лазеры, робототехнические подлодки, дисковые алмазные пилы… Похоже на арсенал задумавшего уничтожить весь мир негодяя из серии фильмов о Джеймсе Бонде.

Но на самом деле это всего лишь инструменты, используемые для демонтажа нефте- и газодобывающих платформ в Северном море, от которых исходит опасность засорения морских вод после прекращения добычи.

В Северном море теперь все чаще появляются экологически чистые ветроэнергетические установки. На сегодняшний день в этих водах насчитывается уже более трех тысяч объектов "зеленых" технологий.

А те мощные платформы для добычи нефти и газа, которые питали топливом экономику Европы на протяжении сорока лет, бесславно заканчивают свое существование на свалках, где их разбирают и превращают в лом.

Однако на свалки их еще необходимо доставить, а это весьма непростая задача.

Проблема в том, что запасы углеводородов в Северном море истощаются, и у многих сотен буровых установок заканчивается срок рентабельной эксплуатации.

Правообладатель иллюстрации Getty Images
Image caption Вес буровой платформы может в 50 раз превышать вес лондонского колеса обозрения London Eye

"При этом чем меньше нефти или газа добывает скважина, тем дороже обходится поддержание буровых установок в рабочем состоянии", - подчеркивает Ричард Нельсон, физик Университета Абердина, специалист по технологиям разработки морских месторождений.

Цены на нефть устойчиво держатся на низком уровне, и это определяет тенденцию спада в отрасли. Сейчас уже примерно треть месторождений работает в убыток. Добавьте сюда комплекс всякого рода неопределенности, связанной с "брекситом".

Эти факторы, по данным агентства Bloomberg, обусловили резкий спад в отрасли и, соответственно, активизацию процесса демонтажа буровых установок в Северном море.

Но есть одна проблема: просто "закрыть" буровую установку невозможно. Если опорная конструкция нефтяной (или газовой) вышки весит менее 10 тыс. тонн, она должна быть полностью разобрана.

Международная конвенция по защите морской среды северо-восточной части Атлантического океана (Конвенция OSPAR) была подписана 15 странами и вступила в силу в марте 1998 г.

Согласно этой Конвенции морские платформы запрещено утилизировать непосредственно в море. Их нельзя просто оставить ржаветь и разваливаться на части, поскольку это может нанести ущерб хрупким морским экосистемам.

Предусмотренные Конвенцией OSPAR меры во многом являются следствием конфликта между компанией Shell и организацией "Гринпис".

В 1995 году добровольцы "Гринписа" оккупировали принадлежавшую Shell SPAR-платформу - плавучее наливное хранилище нефти, где загружались танкеры. "Зеленые" требовали остановить ее утилизацию и затопление.

По словам Нельсона, законодательство, которое было принято после этого случая, лежит в основе работы по выводу из эксплуатации буровых установок в Северном море.

Конвенция OSPAR требует, чтобы основные элементы инфраструктуры буровых платформ демонтировались и вывозились на берег для окончательной утилизации и переработки.

Сначала нужно проделать это с надводной частью, включая все рабочее оборудование платформы, бурильный, добывающий и перерабатывающий модули, вертолетную площадку и жилые помещения сменной бригады.

Правообладатель иллюстрации Getty Images
Image caption Демонтаж морской нефтяной вышки - трудная инженерная задача

После этого следует осуществить аналогичные действия с подводной частью буровой установки, т. е. с ее опорной конструкцией.

Эта конструкция может представлять собой чрезвычайно тяжелый гравитационный цементный фундамент, возможно - с включенными в него ячейками для хранения нефти.

Подводное основание буровой также может состоять из мощных стальных опор и соединяющего их стального каркаса - это так называемый опорный блок решетчатого типа.

Опорная конструкция морской буровой установки должна быть полностью удалена, если ее вес составляет менее 10 тыс. тонн.

Однако если морская платформа весит больше и была построена до 1999 года (именно начиная с 1999 г. демонтаж и вывоз установки стал учитываться еще на этапе проектирования), нефтяные и газовые компании могут попытаться обосновать отступление от закрепленных в Конвенции норм и оставить значительную часть конструкции на месте.

Морские платформы спроектированы и построены таким образом, чтобы противостоять силе ураганного ветра и высокобалльным штормам в открытом море. Поэтому разбор и удаление частей такой платформы - нелегкая задача.

Выполнение таких работ в требуемых масштабах в течение следующих двух десятилетий потребует технологий, некоторые из которых еще только предстоит разработать.

Впечатляют и масштабы предстоящих работ: на сегодняшний день в регионе требуется вывести из эксплуатации 470 нефтяных и газовых вышек плюс три тысячи трубопроводов.

Пять тысяч скважин нуждаются в цементировании на глубину нескольких тысяч метров.

Элементы надводной части платформ, как правило, весят десятки тысяч тонн - например, у принадлежащей Shell платформы Delta их вес составляет 24 тыс. тонн.

Для того чтобы наглядно продемонстрировать масштаб проблемы, в отрасли принято сравнение с конструкциями, возведенными на суше.

Так, удаление девяти норвежских установок с месторождения Экофиск включает вывоз 113,5 тыс. тонн стали, что, по данным Королевской инженерной академии наук, эквивалентно 54 колесам обозрения London Eye.

Однако эта цифра бледнеет в сравнении со всего одной конструкцией Shell, установленной на бетонных опорах на месторождении Брент.

"Наши установки весят 300 тыс. тонн, как Эмпайр-стейт-билдинг", - говорит Дункан Мэннинг, отвечающий за вывод из эксплуатации оборудования компании Royal Dutch Shell на месторождении Брент.

Первая довольно малопривлекательная задача в процессе вывода из эксплуатации, по словам Мэннинга, заключается в установке пробки в скважине.

Он говорит, что для выполнения этой задачи из платформы, точнее - из буровой трубы, вырезаются стальные обсадные трубы. Это позволяет создать барьер для утечек углеводородов на стыке пород после затвердения цемента.

Правообладатель иллюстрации Getty Images
Image caption Основная часть буровой платформы - под водой, что затрудняет разбор конструкции

Если на данный момент над скважиной не установлена вышка (например, ее перенесли на другую скважину, обеспечивающую более высокую производительность), для выполнения работ устанавливается самоподъемная буровая платформа с выдвижными опорами.

Это довольно дорогостоящий подход: использование такой платформы удваивает затраты на установку пробки в скважине.

Затем необходимо приступить к удалению тяжелой надводной части. Для этого существуют три основных способа.

Первый из них в отрасли называют "разбор на мелкие кусочки". Он заключается в том, что имеющийся на платформе кран "отщипывает" отдельные куски инфраструктуры и грузит металлолом на баржу, которая транспортирует его в расположенный на берегу центр переработки отходов.

Второй способ называется "обратная сборка", рассказывает Мэннинг. Как видно из названия, это процесс, обратный монтажу установки.

Он предполагает демонтаж крупных модулей с помощью мощного плавучего подъемного крана, который пришвартован вплотную к платформе. Для перевозки этих модулей на берег требуется баржа с гораздо большей грузоподъемностью.

Третий способ, который будет использовать компания Shell на своей платформе Delta на месторождении Брент, станет весьма зрелищным для стороннего наблюдателя: надводная часть весом 24 тыс. тонн будет удалена целиком за одну подъемную операцию.

Для этого будет использован ряд специально спроектированных кранов, размещенных между носовыми частями гигантского катамарана.

Фактически это будут два нефтяных танкера, приваренных друг к другу таким образом, чтобы вся платформа поместилась между двумя носовыми частями (как показано здесь на видео http://allseas.com/equipment/pioneering-spirit/ ).

После того как катамаран причалит, охватив нефтяную платформу, стрелы крана опустятся под надводную часть и отделят ее. По крайней мере, в теории это выглядит именно так.

Сверхкрупное судно, вес которого достигает почти миллиона тонн, а длина - почти полкилометра, было специально построено в Южной Корее для голландской компании Allseas Group, оператора судов, обслуживающих морские платформы. Судно помогает переработать около 97% надводной части буровой платформы.

После того как этот огромный катамаран снимет практически всю надводную часть, необходимо будет заняться гравитационной опорой и/или опорным блоком решетчатого типа.

Похоже, что сейчас нефтяным и газовым компаниям дано разрешение оставлять сверхтяжелые бетонные опоры на морском дне.

При этом они должны удалить основную часть металлоконструкций над такими опорами - по крайней мере, на той глубине, которая допускает беспрепятственный проход морских судов.

Правообладатель иллюстрации Getty Images
Image caption Ветровые энергоустановки когда-нибудь тоже нужно будет демонтировать

Именно так и произошло на северо-западном Хуттонском месторождении компании ВР.

"После того как ВР удалила надводную часть, опорный решетчатый блок был срезан до уровня бетонных свай, забитых в морское дно, которые компании было разрешено оставить", - рассказывает Нельсон.

Shell надеется, что и ей будет позволено сделать то же самое с ее тремя гравитационными конструкциями на месторождении Брент.

Для удаления подводных конструкций используются технологии разрезания, предназначенные для работы в морской водной среде. Например, аппарат генерирования водо-абразивной суспензии, гидроножницы и алмазные дисковые пилы, которыми могут быть оборудованы роботизированные подводные лодки или телеуправляемые подводные аппараты.

Алмазная дисковая пила представляет собой проволоку, покрытую сверхтвердыми промышленными алмазными кристаллами и протянутую между рядом катушек.

"Это похоже на ножовочный станок, но такой, который может справиться с разрезанием очень больших конструкций", - говорит Нельсон.

Алмазная пила также используется для отделения стальных опор от надводной части, но для этого приходится проделывать разрезы в зазубренном профиле, напоминающем стену средневекового замка.

Это необходимо для того, чтобы надводная часть не сползла вбок после того, как все необходимые разрезы сделаны, и до того, как ее поднимет кран.

В будущем, если встанет вопрос о полной расчистке Северного моря, потребуются более совершенные и быстрые технологии.

Группа специалистов Университета Абердина под руководством Нельсона совместно с Питером Гледхиллом из местной компании Deep Ocean Limited работает над совершенствованием лазерных технологий разрезания подводных конструкций, стремясь сделать их более быстрыми и эффективными.

Одна из идей заключается в использовании оптоволоконных лазеров. Они позволяют собрать вместе лазерные лучи из множества оптических волокон и за счет этого обеспечить необходимую мощность и эффективность разрезания.

"У этого метода много немаловажных преимуществ, - рассказывает Нельсон. - Одно волокно толщиной 0,2 мм может проводить мощность от трех до четырех киловатт. Этого хватит на то, чтобы разрезать довольно большой массив конструкций".

"По сравнению со всеми остальными методами разрезания лазерные технологии потенциально являются наименее громоздкими и требующими меньшего расхода энергии", - добавляет он.

Но пока это только тема научных исследований. "В компании Shell, - говорит Мэннинг - тоже рассматривают возможность применения лазеров".

После того как буровые вышки Северного моря останутся в истории, использованные для их демонтажа инструменты могут найти новое применение: те самые морские ветровые турбины.

Ведь Конвенция OSPAR охватывает все виды человеческой деятельности, которые могут оказывать неблагоприятное воздействие на морскую среду.

И ветроэнергетические установки, когда у них закончится срок службы, тоже нужно будет утилизировать.

"Кому-то придется этим заняться, - говорит Нельсон. - Все, что было установлено, когда-нибудь придется убирать".

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Новости по теме