В последнее время из-за сокращения ресурсов на мелководных нефтяных месторождениях все больше растет популярность эксплуатации подводных резервуаров. Массогабаритные параметры таких установок влияют на их стоимость. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Института проблем нефти и газа Российской академии наук (ИПНГ РАН) выявили основные факторы, от которых зависит вес и размер таких нефтехранилищ. Результаты исследования помогут в правильной проектировке и уменьшении стоимости их производства. Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности» за 2024 год. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Мелководные месторождения на континентальном шельфе уже достаточно исследованы и разработаны, большинство доступных ресурсов извлечено, и дальнейшие работы по добыче становятся дороже и сложнее. В связи с этим наблюдается тенденция к увеличению производства морской нефти в крупных глубоководных и арктических проектах. Использование подводных насосов, глубоководных буровых установок и специальных технологий позволяет эффективно извлекать нефть из сложных месторождений. Но природная среда Арктики (включая ее шельф) долго восстанавливает экобаланс после техногенных воздействий, соответственно, такое производство несет высокие риски. Необходимо стремиться к созданию инновационных технологий, предотвращающих негативное воздействие на окружающую среду.

Одно из решений ­- применение подводных нефтехранилищ. Традиционно сырая нефть хранится на морских платформах до выгрузки на танкер или трубопровод для транспортировки на берег. Этот метод приводит к увеличению веса и размеров платформы, что влечет за собой повышение стоимости. Помимо всего, для обслуживания инфраструктуры требуется постоянный морской персонал. Альтернативным и менее дорогостоящим методом хранения нефти может стать подводный резервуар, расположенный на морском дне.

- Влияние на массогабаритные (вес и размер) параметры оказывают условия эксплуатации, устойчивость и прочность, технология изготовления резервуара, транспортировка и установка на морское дно, а так же экономический фактор. Рациональная конструкция должна обеспечивать оптимальное соотношение между объемом хранения и затратами на проектирование и эксплуатацию, - пояснил Сергей Чернышов, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ.

Ученые Пермского Политеха и ИПНГ РАН рассчитали параметры нефтехранилищ на примере различных широко используемых конструкций подводных резервуаров.

- В подводном нефтехранилище для предотвращения контакта нефти с водой и уменьшения толщины нежелательного слоя эмульсии используются мембраны. Они устанавливается внутри оболочки хранилища, обеспечивая надежную изоляцию и защиту от коррозии. Анализ показал, что применение гибких мембран позволяет снизить толщину стенки и габаритные размеры, а также уменьшить массу конструкции, - прокомментировал Сергей Попов, доктор технических наук, заведующий лабораторией ИПНГ РАН.

- Вес шести подводных резервуаров Kongsberg (с гибкой мембраной) суммарным объемом 120 000 кубометров составляет всего лишь 1541 тонны. Это в 5,18 раз меньше, чем в случае с конструкцией М.С. Сонина. А вес 12 подводных резервуаров NOV составляет 2372 тонны, что в 3,37 раз ниже. Предпочтительными объемами будут обладать подводные хранилища вместимостью от 10 000 до 20 000 кубометров, - дополнил Вадим Земляновский, инженер ИПНГ РАН.

Текущие результаты анализа ученых ПНИПУ и ИПНГ РАН демонстрируют зависимость массогабаритных показателей от включения гибких мембран в конструкцию нефтехранилищ. В дальнейшем планируются исследования проблемы осаждения парафина в подводных резервуарах при понижении температуры сырой нефти в окружающую морскую воду. Осажденный воск может либо оставаться в сырой нефти, либо выпадать в виде слоя, прилипая к внутренним стенкам резервуара.

На фото конструкции подводных резервуаров. А - конструкция М.С. Сонина; б - Kongsberg; в -  NOV.