Приборкування норовливого

Із розробленими українськими фахівцями системами безпеки нема необхідності похапцем винаходити технічні рішення для усунення витоків нафти.

Катастрофа в Мексиканській затоці змусила провідні країни й нафтові компанії об’єднати зусилля для створення нових підходів до безпеки під час видобутку нафти на морських шельфах. Завдяки розробці вчених Інституту електрозварювання ім. Є. Патона наша країна може зробити вагомий внесок у цей процес і стати­ створювачем нового покоління систем захисту на нафтових платформах.

Спадщина «Глибоководного горизонта»

Катастрофа 20 квітня на платформі Deepwater Horizon («Глибоководному горизонті») у Мексиканській затоці продемонструвала неготовність справлятися з аварійними витоками нафти на великих глибинах. Незважаючи на постійне вдосконалення технологій, методи ліквідації аварій на свердловинах і боротьба з їхніми наслідками в цілому такі самі, як і 30 років тому. Інакше кажучи, наявні адміністративні підходи й технологічні стандарти безпеки не відповідають сучасним реаліям. «Глибоководний горизонт» був обладнаний п’ятьма системами безпеки — чотирма автоматичними й однією ручною. Але жодна з них не змогла запобігти неконтрольованому розливу нафти, що стало проблемою світового масштабу.

Після аналізу причин катастрофи й безлічі офіційних заяв настав час конкретних дій. У червні чотири найбільші нафтові компанії — американські Exxon Mobil Corp., Conoco Phillips, Chevron і британсько-голландська Royal Dutch Shell — зібрали мільярд доларів для розробки у своїх спецвідділах нової системи ліквідації витоків нафти. На це їм надавалося півтора року. Українські вчені, які могли тільки мріяти про такий бюджет, набагато випередили своїх колег.

Ядерний вибух — не вихід

Позаштатні ситуації на нафтових родовищах трапляються часто — це факт. Навіть на суші їхня ліквідація може тривати досить довго. У морі до високої швидкості й інтенсивності потоків речовини, що витікає, додаються складні умови — велика глибина й тиск води, обмежена видимість.

Особливістю катастрофи на Deepwater Horizon було повне затоплення платформи, що спричинило розрив головного трубопроводу на глибині 1,5 км. Активувати превентор, що відмовив, було неможливо навіть за допомогою спеціалізованого підводного апарата. Свердловину намагалися «заглушити», заливши її бетоном і закупоривши заглушкою. На початку травня місце розливу накрили масивним захисним куполом, з-під якого нафта відкачувалася в танкери. Купол протримався близько двох тижнів і силою тиску був зірваний. Витік удалося зупинити через 86 днів із початку катастрофи після установлення нового купола вагою 75 тонн.

На суші іноді вдаються до крайнього заходу — аварійне родовище перекривають за допомогою ядерного вибуху. До речі, коли «приборкували» свердловину Макондо, на якій працював «Глибоководний горизонт», цей сценарій також розглядався. Однак розрахунки показали, що замість однієї свердловини може «прорвати» все нафтове родовище.

Зроблено в Україні

Ученим Інституту електрозварювання ім. Є. Патона НАН України й Навчально-наукового центру високих технологій (ННЦВТ) Національного університету оборони вдалося, за їхніми словами, знайти рішення проблеми витоку нафти з аварійних свердловин. Випередити в цьому західних колег, які освоюють мільярдні інвестиції, допомогла концепція, запозичена з військової справи: використовувати силу супротивника проти нього самого. Створювачі виходили з того, що недоцільно блокувати або закупорювати свердловину, перешкоджаючи витоку речовини, борючись із напором і тиском, — краще спрямувати потік (у цьому випадку нафти) у потрібному напрямку.

Створена з урахуванням озвученого принципу конструкція являє собою модуль для з’єднання ушкодженого трубопроводу (з якого витікає речовина) і справного (для відведення потоку в запасний канал або резервуар). У модулі крім верхнього й нижнього отворів для трубопроводів з боків є два (або більше) додаткові технологічні вікна для відтоку речовини. Слід відзначити, що під характеристики конкретної свердловини та умови експлуатації необхідно проектувати окремий модуль. Наприклад, можуть варіюватися форма й розмір сполучного пристрою (усічений конус, півсфера, комбіновані варіанти) або способи його кріплення. Як прототип учені спроектували модуль у формі циліндра.

Отже, щоб усунути розлив рідини, модуль опускають і монтують на обірваному трубопроводі. У момент з’єднання технологічні вікна відкриті, тому витікання речовини не припиняється, не створюючи таким чином надлишкового тиску або динамічного удару. Після завершення монтажу спеціальний пристрій синхронно закриває бічні вікна модуля й відкриває отвір, до якого підведений справний трубопровід. Ним «приборканий» фонтан спрямовується в потрібному напрямку, наприклад у резервуари танкера. Виходячи зі швидкості потоку й створюваного ним тиску, можна використовувати кілька модулів, послідовно з’єднаних між собою.

Щоб забезпечити надійність кріплення пристрою до ушкодженої свердловини, розробники запропонували використовувати технології підводного різання вибухом (для обрізання деформованих країв ушкодженого трубопроводу) і зварювання вибухом (для фіксації опорного кільця модуля) — тобто різали метал й одержували з’єднання під дією енергії, яка виділяється під час вибуху заряду вибухової речовини.

На основі розрахунків і конструкторської документації, підготовлених Дослідним конструкторсько-технологічним бюро (ДКТБ) Інституту електрозварювання ім. Є. Патона, Дослідний завод зварювального обладнання (м. Київ) виготовив діючі прототипи модулів. Для їхнього випробування в Інституті гідромеханіки НАНУ змоделювали свердловину, з якої б’є потік рідини із заданою швидкістю та інтенсивністю. Експерименти завершились успішно: дія принципу та ефективність запропонованої конструкції підтвердилися. Президент НАНУ, директор ІЕЗ ім. Є. Патона, академік Борис Патон відзначив, що вся розробка від початку й до кінця фінансувалася за рахунок внутрішніх резервів Академії наук.

Під час патентного пошуку закордонних аналогів цьому винаходу, за словами директора ОКТБ Валерія Романюка, знайдено не було. Його захищено патентом України й уже подано заявки на міжнародний спеціальний патент. Проведено внутрішню експертну оцінку НАНУ, а зовнішню буде зроблено найближчим часом.

Створювачі готові розмовляти із представниками нафтових компаній і в кооперації реалізовувати на практиці запропоновану технологію.

— Дійсно, ми можемо вирішити завдання ліквідації витоку нафти, подібного до того, що стався в Мексиканській затоці, у дуже короткий термін, можливо, швидше, ніж будь-яка інша компанія світу, — говорить один з ініціаторів проекту, начальник ННЦВТ, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, доктор технічних наук професор Юрій Даник. — Але доти, доки нам не дадуть конкретні характеристики місця, куди треба виїхати, і свердловини, про яку йдеться, неможливо говорити, що ми одразу усунемо проблему. Немає двох однакових свердловин і немає двох однакових платформ — усі мають свої особливості. Як немає й двох однакових глибин, на яких видобуваються вуглеводні, — тут теж є свої певні відмінності та умови. Наприклад, вітрові навантаження й навіть солоність води істотно впливатимуть на результат. Ми вважаємо, що запропонований нами спосіб боротьби з неконтрольованим нафтовим потоком найшвидший, найоптимальніший і найефективніший, але за один день він не реалізується. Усе має робитися завчасно. Так само, як армія потрібна для запобігання війни, розроблений нами модуль необхідний для швидкої (у лічені дні) ліквідації аварійних ситуацій.

Без ажіотажу, але з перспективами

Незважаючи на те, що у списку запрошених на презентацію розробки 3 грудня були представники найбільших вітчизняних і зарубіжних нафтових компаній, іноземних дипломатів, у будинку київського ІЕЗ ім. Є. Патона ажіотажу не спостерігалося. Не прийшли, вибачившись й пославшись на поважні причини (презентація проходила в розпал обговорення поправок до Податкового кодексу), представники адміністрації Президента й Кабміну, зокрема голова Мінпаливенерго Юрій Бойко, МЗС — Костянтин Грищенко й Мінприроди — Микола Злочевський. І якщо іноземці можуть орієнтуватися на власний науково-технічний потенціал, то вищому керівництву країни треба звернути увагу на вітчизняну науку.

Тим більше, що широкомасштабна промислова розробка вуглеводнів на шельфах Чорного та Азовського морів — справа найближчого часу. Не дуже давно Україна придбала для цього в Китаю дві бурові платформи, уряд небезуспішно веде пошук інвесторів. Тому повною мірою постає питання безпеки й недопущення катастроф, аналогічних розливу нафти в Мексиканській затоці й Тиморському морі. Уже зараз на рівні найбільших нафтових компаній, екологічних відомств і аварійних служб ведуться розмови про те, що кожна бурова платформа у світі повинна оснащуватися комплектом спецобладнання для усунення витоків, а правила охорони праці й техніки безпеки необхідно відповідним чином змінити. Тобто засоби захисту мають бути спроектовані й заздалегідь підготовлені на випадок надзвичайних подій.

Розробники аварійного модуля відзначають, що їхній винахід має стати для морських бурових платформ, за аналогією з автомобілем, «вогнегасником і аптечкою». Спроектований для кожної свердловини, він дозволить командам швидкого реагування в найкоротший термін запобігати катастрофам, відводячи потік нафти від аварійної бурової або пошкодженого трубопроводу.

Більш того, українська розробка має величезний потенціал (у тому числі економічний) для поновлення видобутку нафти на законсервованих аварійних промислах, ресурс яких ще не вичерпано. Тільки в Каспійському морі таких свердловин більше півтори тисячі. Їх було закрито як такі, що вийшли з-під контролю, але вони здебільшого протікають і, як сказав Юрій Даник, готують світові загальний «нафтовий Чорнобиль».

До речі

Створюючи сполучний модуль, фахівці ІЕЗ ім. Є. Патона розробили принципово новий спосіб і систему видобутку вуглеводнів на морському шельфі без використання труб для їхнього транспортування на поверхню. Ідея полягає в тому, щоб «уловлювати» нафту у воді. Однак більш докладні коментарі розробники відмовилися надати, пославшись на те, що технологія ще не пройшла остаточних випробувань і патентування

Найбільші катастрофи в галузі

За останні 40 років у світі сталося близько 60 серйозних аварій на морських нафтовидобувних платформах.

Deepwater Horizon — 2010 р., Мексиканська затока. Після вибуху й пожежі затонула одна із платформ компанії British Petroleum, загинули 11 чоловік. Розлив нафти тривав 86 днів, забруднено 270 км узбережжя США. Рятувальна операція із залученням 6 тис. суден і 48 тис. чоловік коштувала $12 млрд. За оцінками фахівців, екосистема затоки відновиться через 50 років, існує реальна небезпека зміни характеристик течії Гольфстрім. Обсяг розливу — 4,9 млн барелів.

IXTOC-1 — 1979 р., затока Кампече (південна частина Мексиканської затоки). Після перепаду тиску пари нафти й газу потрапили у двигуни платформи й зайнялися. Платформа затонула, і нафта зі свердловини протягом 90 днів вільно виливалася в затоку. Остаточно законсервувати свердловину вдалося тільки через 9 місяців. Обсяг розливу — 3,5 млн барелів.

Ekofisk Bravo — 1977 р., Північне море. На платформі Phillips Petroleum під час обслуговування свердловини стався розлив нафти, який тривав 8 днів. Забруднення загрожувало узбережжям Данії, Норвегії та Швеції. Обсяг розливу — 202 тис. барелів.

Funiwa No.5 — 1980 р.,  Гвінейська затока. Нафта зі свердловини родовища Фуніва забруднила дельту ріки Нігер. Обсяг розливу — 200 тис. барелів.

Hasbah Platform 6 — 1980 р., Перська затока. Під час буріння розвідувальної свердловини стався розлив нафти, який тривав 8 днів і забрав життя 19 чоловік. Обсяг розливу — 100 тис. барелів.

Union Oil A-21 — 1969 р., узбережжя Каліфорнії. Розлив нафти із платформи Union Oil тривав 11 днів, забруднивши канал Санта Барбара. Обсяг розливу — 80 тис. барелів.

Montara — 2009 р., Тиморське море (Західна Австралія). Обсяг розливу — 40 тис. барелів.

За відомостями фінансового агентства «Блумберг», на травень 2010 р. у світі експлуатуються 2750 нафтових платформ.