An underwater drilling complex with a nuclear power installation for the development of oil and natural gas fields on the shelf of the Russia’s Arctic seas
Владислав Ларин
Журнал Президиума РАН «Энергия: экономика, техника, экология», №6 июнь и №7 июль 2009 г.
Материал написан в период с апреля 2006 г. по октябрь 2008 г., Москва.
Полная версия: «Подводный буровой комплекс с ядерной энергетической установкой для освоения нефтегазовых месторождений шельфа арктических морей России», аналитический обзор, октябрь 2008 г.
Часть 1. Рождение идеи
В начале 90-х годов ХХ века политическая необходимость заставила руководство России в срочном порядке снимать с боевого дежурства и выводить из эксплуатации большое количество доставшихся ей после распада СССР атомных подводных лодок (АПЛ), несущих ядерные вооружения. В тот период из эксплуатации выводились преимущественно боеспособные АПЛ второго и третьего поколений, которые ещё обладали неплохими мореходными качествами и боевыми характеристиками. Ни одно из заинтересованных ведомств, причастных к этой проблеме (а именно – создававшие ядерные энергетические установки (ЯЭУ) для АПЛ атомщики, проектировавшие АПЛ военные конструкторские бюро, строившие АПЛ корабелы и эксплуатирующие АПЛ военные моряки) не хотело, да и физически не могло быстро решить задачу по уничтожению флота из примерно 200 выведенных на тот период из эксплуатации АПЛ.
В то время на одной научно-практической конференций Минатома прозвучала идея использовать АПЛ с вырезанными ракетными шахтами и торпедными аппаратами для перевозки грузов невоенного назначения под льдами Северного морского пути. Речь шла о рудах из заполярных месторождений и грузах снабжения для северных промышленных городов – в первую очередь Норильской промышленной агломерации. У независимых от Минатома аналитиков эта идея вызвала сомнения по двум причинам:
– была непонятна экономическая сторона предложения;
– отсутствовала какая-либо оценка ожидаемых рисков.
Поскольку никаких данных по этим двум вопросам атомщики и военные предоставить не смогли, приходилось рассматривать проблему и задавать вопросы исходя из «бытовой» логики.
Во-первых, если эта идея столь хороша, то почему она не была реализована во времена СССР, когда значительная часть финансовых, материальных и человеческих ресурсов страны направлялась на военно-оборонные цели? Военная ориентация всех атомных проектов мало у кого вызывала сомнение. Почему вместо грузовых АПЛ был создан надводный ледокольный флот? Почему тема строительства атомных подводных грузовых судов – сухогрузов и танкеров даже не обсуждалась в период «атомной эйфории», когда применение атомной энергии во всех областях хозяйственной деятельности казалось делом ближайшего будущего?
Во-вторых, хотя определенные сведения об авариях, связанных с АПЛ в то время отсутствовали в открытом доступе, но в общем было известно, что аварийность на атомном подводном флоте очень высока. Причем аварии случались как навигационные, связанные с ошибками при управлении подводным боевым кораблем, так и радиационные, связанные с ненадежной работой элементов ЯЭУ и паропроизводящих установок (ППУ). Сколько стоит ликвидация последствий аварии на боевом подводном корабле руководству как Минатома, так и ВМФ было хорошо известно.
В-третьих, правильное расположение и надежное закрепление груза на борту АПЛ является одним из ключевых факторов обеспечения живучести подводного корабля. Обеспечить надежное закрепление насыпных, а тем более наливных грузов мирного назначения представляется непростым делом.
Короче, как было резюмировано в одной критической статье того времени, экономически оправданной представлялась перевозка таким образом лишь золота в слитках. Поскольку необходимого для содержания «мирного» атомного подводного флота количества золота в стране не нашлось, идея применения боевых АПЛ в качестве сухогрузов умерла сама собой.
Часть 2. Трансформация идеи
2.1. Первый этап – «конверсия на скорую руку»
Итак, идея применять атомные боевые подводные корабли в качестве мирных грузовиков умерла, а значительная часть списанных из флота АПЛ была поставлена в отстой или разрезана на металлолом. Но в Минатоме, профильных конструкторских бюро (КБ) и на судостроительных заводах остались работать те люди, которые всю свою жизнь посвятили разработке, конструированию и строительству АПЛ. Они хотели заниматься этим и дальше – несмотря на утрату стратегической необходимости и прекращение бюджетного финансирования. Необходимо было лишь найти источник инвестиций. Поскольку основным источником финансирования чего угодно в России являются структуры нефтегазового сектора, именно туда решили обратиться за инвестициями конструкторы подводных аппаратов.
В самом конце 80-х годов ХХ века руководство конструкторского бюро «Малахит», которое в течение десятилетий атомной гонки проектировало подводные боевые корабли, выступило с предложением к компании «Роснефть», обеспечивавшей в то время завоз нефтепродуктов по западному участку Северного морского пути (СМП) в города и населенные пункты советского Заполярья, построить для этих целей атомный подводный танкерный флот. Были разработаны проекты подводных лодок трех типов – танкер, сухогруз и контейнеровоз. Но стоимость проекта была такова, что даже госбюджет не мог его финансировать, а частная компания – тем более. Так что эта идея также не получила поддержки бизнеса. Хотя поиски инвесторов продолжались.
В начале 90-х годов ХХ века, когда шла приватизация государственной собственности, новые владельцы заполярного комбината «Норильский никель» искали способы снижения транспортных расходов для снабжения предприятия и окружающей его городской агломерации всем необходимым в рамках «северного завоза». И опять утратившие госзаказ строители атомных подводных кораблей увидели в этом возможность «конверсии».
Дело в том, что строившаяся в то время серия ракетных подводных крейсеров стратегического назначения (РПКСН) проекта 941 (по советской классификации – «Акула», по классификации НАТО – «Tiphon / Тайфун») столкнулась с прекращением финансирования из госбюджета. Шесть кораблей были достроены и приняты флотом, а седьмой корпус стоял на стапеле северодвинского завода «Севмаш» недостроенный. В российской практике получило распространение NATO-вское название этого подводного корабля – «Тайфун». Деньги на его строительство были истрачены немалые и желание его создателей хоть кому-нибудь продать ставший ненужным стране атомоход представляется вполне понятным. Оценочная стоимость одного РПКСН составляет около 800 млн. долл. без учета стоимости вооружений и средств связи.
К этому времени военным морякам и всем причастным к обслуживанию «Тайфунов» стала очевидна ошибочность решения по строительству столь больших подводных кораблей. Их размеры и осадка не позволяли выходить за пределы арктического региона. Назначение «Тайфунов» заключалось в том, чтобы передвигаться под льдами Северного ледовитого океана в ожидании начала атомной войны, а когда станет очевидным, что она началась – уничтожить половину земного шара мощью своих ракет. Но «потенциальный противник» вместо того, чтобы искать РПКСН под льдом пошел по пути совершенствования систем распознавания, перенацеливания или уничтожения его ракет в полете. И эти большие и очень дорогие АПЛ сделались бесполезными.
Кроме того, существовавшие базы для обслуживания АПЛ прежних проектов не подходили для «Тайфунов» в силу тех же причин, а специальные базы и причалы для погрузки / разгрузки и обслуживания так и не были оборудованы. Так что идея применения атомоходов проекта 941 в качестве грузовиков заведомо была обречена на неудачу. Но у них была одна особенность, за которую зацепились «атомные» кораблестроители в своем желании найти гражданских заказчиков вместо военных.
В отличие от конструкции всех АПЛ прежних проектов, где ракетные шахты располагаются внутри прочного корпуса, у «Тайфунов» ракеты были столь велики, что их пришлось вынести за пределы прочного корпуса и расположить в межкорпусном пространстве носовой части – перед центральной надстройкой. С этим техническим решением была связана идея изменить переднюю часть и вместо ракетных шахт установить там транспортный отсек грузоподъемностью до 10 тыс. т. Именно с таким предложением выступило руководство ЦКБ «Рубин» к новым владельцам комбината «Норильский никель».
Судя по тому, что идея строительства атомных подводных транспортных кораблей практически нигде не обсуждалась, бизнес быстро понял нереальность подобного предложения. Среди основных «узких мест» предложенного проекта можно назвать следующие:
– высокие эксплуатационные расходы, которые никогда серьезно не обсуждалась в силу военного назначения атомного подводного корабля;
– неопределенность ситуации с ядерной и радиационной безопасностью, отсутствие информации по аварийности как на корабле этого проекта, так и на аналогичных атомных подводных кораблях;
– невозможность произвести оценку рисков, что является обязательным условием коммерческого проекта, по причине закрытости основного массива информации – в связи с тем, что аналогичные корабли военного назначения всё ещё находились в составе Северного флота;
– отсутствие оборудованных баз для погрузки / разгрузки и технического обслуживания кораблей;
– ограниченность глубин фарватера на основном маршруте Северного морского пути Мурманск – Диксон – Дудинка, невозможность преодолевать весь маршрут в подводном положении из-за небольших глубин моря и реки Енисей, разность плотности морской воды для которой проектировался корабль и речной (опресненной) воды в регионе мирного применения, и слишком большие размеры корабля.
Итак, первые попытки «конверсии» атомной подводной техники военного назначения в мирный бизнес были признаны неудачными. Но поскольку материальные, финансовые и людские вложения в технические и технологические решения для атомного направления военно-промышленного комплекса (ВПК) были огромными, желание получить от них хоть какую-то коммерческую отдачу не проходит до настоящего времени.
2.2. Второй этап – «углубленная конверсия»
Развитие открытых в 80-е и 90-е годы ХХ века нефтегазовых месторождений на шельфе Баренцева и Карского морей в значительной мере сдерживается суровостью климатических условий Заполярья. Стоимость добываемого там углеводородного сырья более чем в четыре раза превышает стоимость добычи в более южных морях. Соответственно, для освоения этих месторождений требуются существенно большие инвестиции в развитие новых технологий добычи углеводородов. И здесь идеи конструкторов боевых атомных подводных лодок рассматриваются на конкурентной основе со всеми другими способами добычи.
Проблема, которую они предлагают решить очевидна: основная часть разведанных в России запасов природного газа располагается за полярным кругом, в зоне вечной мерзлоты и крайне суровых климатических условий. Любые работы, связанные с бурением скважин и транспортировкой добытого газа на материковой части там можно производить только в зимнее время. Летом, когда оттаивает верхний слой многолетней мерзлоты, практически все работы останавливаются. И делается это не потому, что нефтяники и газовики хотят соблюдать какие-то природоохранные требования – просто летом техника тонет в болотах, а главным транспортным средством становится вертолет – стоимость эксплуатации которого в качестве повседневного транспорта слишком высока даже для нефтегазового бизнеса.
В результате каждый доставленный потребителям кубометр заполярного природного газа обходится в 4 раза дороже по сравнению с тем, что добывается в более южных регионах. Для сравнения можно сказать, что бурение одной разведочной скважины глубиной 3.500 м в теплых регионах стоит примерно 2,5 млн. долл., а в Заполярье – около 10 млн. долл. В последние годы возрастает интерес к природному газу, залегающему под шельфовой зоной арктических морей, что еще более повышает стоимость добычи и заставляет задуматься над новыми техническими решениями для обеспечения этих работ.
Мировой опыт добычи нефти и газа с морского дна достаточно велик, но малоприменим в условиях готовящихся к освоению газовых месторождений Карского и Баренцева морей. Дело в том, что основной опыт подобных работ накоплен в теплых морях, где климатические условия мягкие, моря не покрываются льдом, а проносящиеся время от времени ураганы хотя и представляют серьезную опасность, но заранее прогнозируются, что позволяет принимать меры предосторожности. Этот опыт дорого достался международным нефтегазовым компаниям. Ряд имевших место серьезных аварий и даже потерь буровых платформ они не готовы повторять в Заполярье. Стоимость одной платформы составляет около 2 млрд. долл. в ценах 2000 г. Её потеря способна серьезно повлиять как на финансовое положение, так и на имидж компании.
В связи с этим идея проектирования и строительства подводного бурового комплекса представляется вполне логичной. Во всяком случае, если исходить из того, что увеличение стоимости углеводородов может продолжаться до бесконечности и в любом случае потребитель оплатит все расходы на добычу и транспортировку ресурса. Использование тех наработок, которые существуют у конструкторов АПЛ, по их мнению, может оказать неоценимую услугу нефтегазовому комплексу. Первым с подобным предложением выступило оставшееся без госзаказа подразделение ОАО ЦКБ «Лазурит» (Нижний Новгород), занимавшееся шельфовым разработкам. Руководил группой главный конструктор подразделения С. А. Лавковский.
Часть 3. Оценка условий на нефтегазовых месторождениях шельфа Баренцева и Карского морей
3.1. Природные и климатические условия региона
Основным фактором, затрудняющим разработку нефтегазовых месторождений Баренцева и Карского морей, являются суровые климатические условия, значительные глубины залегания ресурсов, немалые глубины шельфовых морей. Но главное – постоянно движущие / дрейфующие сплошные ледяные поля, мощность которых достигает 2 м при площади многие тысячи квадратных километров. Ни одна созданная человеком конструкция не способна противостоять такому натиску природных сил.
Характеристики природных и погодных условий в регионе работы ПБК (Карское море) предполагаются следующие:
– глубина моря – 70—400 м;
– высота волн – 5 м;
– скорость ветра – 25 м/сек;
– скорость подводного течения – 0,8 м/сек;
– температура воды от – 2? С в зимний период до +11? С в летний период;
– температура воздуха от – 50? С в зимний период до +25? С в летний период;
– мощность льда – 2 м;
– сплоченность льдов – 10 баллов;
– продолжительность периода сплошного оледенения – 10 месяцев.
Нигде в мире нет опыта бурения скважин на шельфе с целью поиска и добычи нефтегазовых ресурсов в таких условиях, которые существуют на шельфе Карского и Баренцева морей. Наиболее близкие условия имеются на шельфовых месторождениях Северного моря, но там нет главного осложняющего фактора – продолжительного мощного оледенения моря. Именно это ограничивает возможности бурения и являются главным оценочным фактором при рассмотрении возможных технологических решений.
Сходным по климатическим условиям с Русановским и Ленинградским месторождениями является Штокмановское месторождение природного газа, расположенное в центральной части Баренцева моря. Глубины моря там превышают 350 м, а расстоянии до побережья Кольского полуострова – около 600 км. Основное отличие этого месторождения от рассматриваемых Ленинградского и Русановского заключается в отсутствии постоянного оледенения моря – сказывается влияние тёплой ветви течения Гольфстрим. В регионе Штокмановского месторождения присутствует значительное количество льда в виде айсбергов и ледяных полей небольшой площади. Это затрудняет работу буровой платформы, но все-таки позволяет её эксплуатацию.
Часть 4. Подводный буровой комплекс с ядерной энергетической установкой
4.1. Общие сведения
Учитывая климатические и природные условия Баренцева и Карского морей, представляется очевидным, что промышленное бурение на имеющихся там месторождениях природного газа возможно только с погруженных под воду или лежащих на морском дне подводных платформ. Для обслуживания как самих платформ, так и всего комплекса судов обеспечения требуется создание новых технических средств, способных продолжительное время автономно работать, находясь в подводном положении. А для обеспечения деятельности этих средств необходимо очень большое количество энергии – что дало новый импульс обсуждению идеи использования ядерных энергетических установок.
Активным проводником этой идеи в сознание потенциальных инвесторов называют академика Е. П. Велихова. Он известен тем, что в течение последних сорока лет возглавляя подразделения московского Института атомной энергии им. Курчатова (ныне – Российский научный центр «Курчатовский институт»), занимался развитием термоядерного направления атомной энергетики. Практического успеха эти работы не имели, хотя поглотили огромные финансовые и материальные ресурсы. Сам академик считает, что практическое применение энергии термоядерного синтеза будет возможно не ранее 2100 г. А пока ядерные технологии военного назначения можно попытаться приспособить к «мирным» работам, связанным с добычей природного газа на шельфе заполярных морей российского сектора Арктики.
В общем суть идеи, проектно-документальное оформление которой началось в 2003 г., может быть представлена следующим образом. Подводный буровой комплекс (ПБК) состоит из донной опорной плиты (ДОП) и подводного бурового судна (ПБС). ДОП устанавливается на морском дне стационарно и на этапе бурения служит опорой для ПБС, а после завершения бурения на ней устанавливается оборудование для промышленной добычи природного газа и его передачи на сушу для дальнейшей транспортировки потребителям. ПБС (в проектных материалах проходящее под названием «Аквабур») имеет на борту оборудование для бурения куста из 8 скважин глубиной до 3.500 м каждая при глубинах моря от 70 до 400 м. На борту имеется буровая установка и запас расходных материалов достаточных для бурения одной скважины. Для дальнейшего бурения расходные материалы на борт судна предполагается доставлять в контейнерах. На ранних этапах проекта энергоснабжение ДОП и ПБС предполагалось осуществлять с берега по электрическому кабелю. В последних проектных материалах определенно говорится о применении ЯЭУ в качестве основной энергетической установки на всех плавучих объектах – подводных и надводных судах.
ДОП планируется строить и испытывать в заводских условиях, после чего буксировать в надводном положении к месторождению. Там её предполагается устанавливать на дно, подсоединять к транспортным трубопроводам и подключать к внешнему энергоснабжению. ПБС должно передвигаться по поверхности плиты как по рельсам от одного устья скважины к другому и производить бурение. Отработанный буровой шлам от всех восьми проектных скважин предполагается хранить в ёмкостях, расположенных в основании донной опорной плиты. Срок службы ДОП проектировщиками не оговаривается. По всей видимости одна плита используется до полной выработки запасов восьми скважин, которые бурятся с её поверхности, после чего она остается лежать на дне моря.
ПБС первоначально проектировалось как несамоходное плавсредство, буксируемое в надводном положении с завода-изготовителя (предположительно завода «Севмаш») в регион базирования. Позиционирование ПБС над плитой и его затопление («посадка») на ДОП предполагалось как сложная многофазовая операция с большим количеством непроработанных деталей, которые предполагалось выяснять и детализировать в процессе проектирования. То есть схема создания ПБС представляется сходной схеме создания боевых АПЛ, когда задача уточняется, а возможность её реализации изучается в процессе проектирования и строительства плавсредства. Что плхо сочетается с современными представлениями о финансировании / инвестировании коммерческого проекта.
Подобное развитие проекта противоречит схеме реализации типичного бизнес-плана, когда все детали, связанные с особенностями эксплуатации, возможными рисками и предполагаемым увеличением стоимости проекта просчитываются на стадии подготовки инвестиционной заявки. Учитывая объём необходимых для реализации бизнес-плана инвестиций, уже на ранних этапах проектирования оцененные в 9,5 млрд долл., было ясно: с такой проработкой проекта даже стартовые инвестиции крайне маловероятны.
Согласно замыслу проектировщиков, срок эксплуатации ПБС составляет 30 лет. Из них четыре года судно работает на донных плитах, после чего в течение одного года проходит заводской ремонт. То есть жизненный цикл судна рассчитан на 6 этапов эксплуатации и 5 заводских ремонтов, что существенно больше, чем имеющийся опыт эксплуатации боевых АПЛ. Ни один из подводных боевых кораблей не прошел такого количества плановых заводских ремонтов, поэтому возможности подобного режима эксплуатации определенно неизвестны.
Общие характеристики подводного бурового судна (ПБС):
– длина – 99;
– ширина – 31 м;
– высота – 33 м;
– осадка – 9 м;
– водоизмещение – 22.850 т;
– численность экипажа – 60 чел.
Общие характеристики донной опорной плиты (ДОП):
– длина – 123 м;
– ширина – 30 м;
– высота – 15 м;
– осадка – 7 м;
– водоизмещение – 8.900 т;
– численность экипажа ДОП не определена.
4.2. Проект ПБК становится всё более грандиозным
По мере углубления понимания масштабов той задачи, которую предполагается решать на шельфе Заполярья, а также в связи с ростом ожидаемых инвестиционных затрат, авторский коллектив создателей ПБК трансформирует и усложняет технические и технологические решения, объединяемые понятием «подводный буровой комплекс».
