Главная Архив номеров N-19 июль 2008 КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДВОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ НА ШЕЛЬФЕ
 

Авторизация



КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДВОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ НА ШЕЛЬФЕ Печать

О.И. Ефимов, к.т.н., профессор, А.В. Красильников, Р.В. Красильников.

ОТ РЕДАКЦИИ. Серьезные технические предложения, как правило, связаны с существенными ресурсными и трудовыми затратами, требующими большого времени для организации и проведения опытных работ и последующего воплощения. Сегодня, когда государство декларирует курс на поддержку инноваций, ориентированных
на развитие качественно новых наукоемких технологий, информационная поддержка носителей НОУ ХАУ становится очень значимой для скорейшего установления сотрудничества с инвестором и успешной реализации проектов. В декабре 2006 г. Президентом РФ была утверждена «КОНЦЕПЦИЯ развития глубоководных сил и средств Российской Федерации на период до 2021 года». В обеспечение заявленных в документе целей здесь раскрывается сущность заявки на изобретение от 29.10.2007 № 2007140102 «Способ установки комплекса для подводно-технических работ на дно акватории и его демонтажа, и комплекс для подводно-технических работ».Заявитель - «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет».

Россия, заявив свои права на Арктический шельф до Северного полюса, возбудила амбиции прилегающих (и не только) к Северному Ледовитому океану стран: США, Канады, Дании, Норвегии, Исландии, Швеции и Финляндии. По прогнозам на более чем 1 млн. кв. км. океанического шельфа находятся огромные запасы нефтеводородного сырья и других полезных ископаемых.
Сложившаяся ситуация после ратификации Россией в 1977 г. международной конвенции по морскому праву требует в спешном порядке дальнейших шагов по реальному (не только юридическому) закреплению претензий России на Арктический шельф, в том числе и на отмели в Беринговом и Чукотском морях, а также на антарктические земли и спорные участки дна Каспийского моря. Одной лишь «демонстрации флага» недостаточно.
Сегодня норвежские буровые платформы ведут добычу нефти и газа с морского дна на глубинах до 150 м. К сожалению, Россия такими технологиями пока не обладает. Продажа нам освоенных технологий даже по умеренной цене стимулируется зарубежными компаниями с целью подавления наших отечественных потенциальных конкурентов и тем самым сохранения своих преимуществ в борьбе за шельф Мирового океана.
Цели и задачи, на решение которых ориентировано предлагаемое техническое решение, соответствуют положениям «КОНЦЕПЦИИ» и федеральной целевой программы развития глубоководной деятельности и гидронавтики.
Актуальность создания прорывных технологий в области подводно-технических работ, к которым может быть отнесено и данное предложение, определяется национальными интересами России.
Предлагаемое техническое решение открывает возможности:
- поддержания военно-морского, научно-технического и промышленного потенциала, обеспечивающего эффективную глубоководную деятельность;
- проведения расширенных и уникальных научных исследований придонного пространства и дна Мирового океана, в том числе в целях установления и подтверждения границ континентального шельфа России, разработки его природных ресурсов.
Изобретение относится к глубоководной технике, в частности, к способу организации обитаемых подводных лабораторий и станций, автономных и транспортируемых.
Известны способы транспортировки, установки и подъема на поверхность стационарных подводных обитаемых комплексов, сооружений для проведения длительных подводных исследований и работ, связанных с многократным выходом из подводной лаборатории в море водолазов - членов экипажа (см. статью «Подводная лаборатория», Морской энциклопедический справочник : В двух томах. Том 2/ Под ред. Н.Н.Исанина. - Л.: Судостроение, 1986. С. 520, ил.).
К ним относятся также стационарные подводные лаборатории с длительным (до 6 - 7 недель) пребыванием экипажа в режиме «насыщенного» погружения (подводные лаборатории «Преконтинент - 3», Франция; «Силаб - 2», США; «Черномор», СССР). Они монтируются на понтоне или раме, буксируются (или транспортируются на борту) в район работ судном обеспечения, погружаются и устанавливаются на дне на глубинах до 150 - 200 м. Стационарная лаборатория имеет жилой и шлюзовой отсеки, научные лаборатории, системы жизнеобеспечения, отопления и влагопоглощения, управляемые специальным комплексом.
Экипаж такой лаборатории можно доставлять, заменять и эвакуировать с помощью транспортировочных камер или спасательных подводных аппаратов.
К недостаткам отмеченного выше способа при его реализации в известных подводных лабораториях следует отнести обслуживание подводного оборудования вне прочного корпуса, связанное с многократными кратковременными выходами членов экипажа из помещения в море в легководолазном снаряжении. При этом энергооборудование, например для геологоразведки, находится в агрессивной среде под давлением и при низкой температуре, что обуславливает повышенные расходы на его эксплуатацию. Глубина установки таких станций ограничивается возможностями легководолазного снаряжения.
Указанные недостатки исключают проведение длительных подводно - технических работ на больших глубинах, в том числе подо льдом.
Технический результат данного предложения состоит в обеспечении длительных работ на дне в условиях газовой среды. Обслуживающий персонал может работать в обычной спецодежде без дыхательных аппаратов при достаточном освещении в комфортных температурных условиях с использованием обычных приспособлений. Глубина установки глубоководной станции уже сегодня даже подо льдом может превышать 400 м.
В предлагаемом способе установки станции сухой участок дна располагают внутри цилиндрического корпуса. Внутренний объем корпуса осушают за счет того, что в верхней части корпуса располагают воздушный колокол, давление в котором обуславливает давление внутри станции независимо от глубины установки ее основания. Подводную станцию с возможностью ее быстрой переустановки на другом участке дна шельфа вместе с оборудованием демонтируют путем ее заполнения забортной водой, при этом газовую среду перепускают в балластные цистерны или надувные емкости, а отрыв станции от дна обеспечивают тросовыми связями с судном обеспечения подводно - технических работ.
При этом балластные цистерны (надувные емкости) располагают вне воздушного колокола в его верхней части и соединяют с внутренним объемом воздушного колокола, трубопроводом с установленным клапаном открывания - закрывания, а колокол оснащают грузовой платформой, шлюзовой камерой, частично размещаемой в верхней части корпуса станции и имеющей комингс-площадку, водолазным блоком-убежищем для обслуживающего персонала станции и автоматизированными системами жизнеобеспечения станции и осушения при просачивании в нее воды.
На рис.1 представлен общий схематизированный вид комплекса для подводно-технических работ.
Комплекс содержит прочный корпус 1 переменного по высоте круглого сечения с увеличивающейся к основанию площадью. Нижняя его часть оформлена в виде юбки 2, врезаемой в дно акватории глубиною Н.
В верхней части корпуса комплекса расположен воздушный колокол 3, причем верхний срез 4 корпуса комплекса размещен в воздушной (газовой) среде колокола. В верхней части колокола установлены балластные цистерны (надувные емкости) 5, трубопровод 6 связи внутренней газовой полости колокола с балластными цистернами с клапаном 7 его открывания - закрывания. В состав оборудования комплекса включены: насос 8 с трубопроводом 9 осушения корпуса комплекса, кингстон 10 его затопления и автоматизированные системы - система 11 поддержания газового состава и давления внутри воздушного колокола 3 и комплекса, а также система 12 подачи воздуха (газовой среды) внутрь воздушного колокола и корпуса комплекса при его осушении. Воздушный колокол оснащен грузовой платформой 13 с комингс - площадкой 14, огражденной леерами 15. В верхней части корпуса комплекса частично расположена грузовая шлюзовая камера 16 с верхней 17 и нижней 18 крышками. Воздушный колокол имеет водолазный блок 19 для обслуживающего персонала, выполненный в виде барокомплекса со шлюзовыми камерами и спасательными средствами.
Глубоководный комплекс работает следующим образом. По окончании его транспортировки к месту установки, он предварительно позиционируется в надводном положении. За счет стравливания воздуха из балластной цистерны 5 комплекс переводится в подводное положение и после окончательного позиционирования устанавливается на дно на глубине Н. При этом воздух (газовая среда) не показанными на рис.1 компрессорами или из баллонной станции подается в воздушный колокол 3 таким образом, чтобы граница воздух - вода была сформирована на глубине h, существенно меньшей Н. Разница между глубинами h и Н обуславливается высотой корпуса 1 станции.
С помощью насоса 8 через забортный патрубок 9 вода из внутренней полости корпуса 1 откачивается за борт. Одновременной подачей воздуха (газовой смеси) в воздушный колокол 3 с помощью автоматизированной системы 12 граница газ - вода поддерживается ниже верхнего среза 4 корпуса. За счет воздействия гидростатического давления на внешнюю сторону корпуса 1, которая сформирована так, что прижимающая комплекс сила будет нормирована по величине и точке приложения по высоте комплекса, юбка 2 корпуса бует врезаться в донный грунт на глубину, обеспечивающую герметичность внутреннего объема станции от забортного давления. Внутри комплекса будет давление, соответствующее глубине h и рассчитанное на пребывание обслуживающего персонала на дне акватории без водолазных гидрокостюмов и в комфортных температурных условиях.
Возможное частичное поступление забортной воды во внутренний объем комплекса легко откачивается насосом в автоматическом режиме из не показанного колодца. Состав газовой среды также автоматически поддерживается, например, системой 11, применяемой на подводных лодках или стационарной лаборатории - аналоге изобретения.
Учитывая возможность установки внутри комплекса бурового оборудования, разница между глубинами h и Н может достигать 100 - 200 метров, что позволит проводить геологические (и другие) исследования на глубинах Н, качественно больших, чем сегодня позволяет водолазное снаряжение.
Водолазный блок 19 может быть выполнен в виде помещения - убежища с возможностью декомпрессии экипажа и его эвакуации на поверхность известными техническими средствами.
Шлюзовая камера 16 с верхней 17 и нижней 18 крышками может быть снабжена необходимыми грузовыми приспособлениями, например, для приема и кантования буровых труб, сменного оборудования и т.п., поставляемого с помощью внешних средств, базирующихся на комингс - площадку 14, огражденную леерами 15.
Демонтаж комплекса начинается с установки грузовых не показанных на рис.1 связей комплекса с обеспечивающим судном и осуществляется перепуском воздуха (газовой смеси) из ее внутреннего объема при открытом положении клапана 7 по трубопроводу 6 в полость балластной цистерны 5 с одновременным затоплением внутреннего объема корпуса 1 через кингстон 10 и частично трубопровод 9 осушения. Комплекс приобретает малую отрицательную плавучесть.
За счет обеспечивающего судна комплекс отрывается от дна и может быть переведен в положение, позволяющее подводную транспортировку комплекса на сравнительно большие расстояния, что позволит проводить, например, геологические исследования на значительной площади шельфа без существенных затрат на организацию большого числа глубоководных станций.
Важной является также возможность функционирования комплекса подо льдом. Доставка и смена обслуживающего персонала могут быть организованы вахтовым методом со льда. Естественно, комплекс может быть установлен и на глубине меньше длины его корпуса. В этом случае в воздушном колоколе и внутри станции будет атмосферный воздух при нормальном давлении.
Обеспечивается возможность проведения, например, геологических исследований, включая буровые работы, на большой площади даже подо льдом на глубинах, существенно превышающих достигаемые при использовании серийно выпускаемой водолазной техники.
В опережение потенциальных зарубежных претендентов на арктический шельф и в соответствии с п. 7 раздела 7 КОНЦЕПЦИИ предложенный вариант возможной установки подводного комплекса на дне и подо льдом может рассматриваться как основа научно-исследовательской глубоководной станции (НИГС) нового поколения, обеспечивающей размещение в перспективной зоне автономных и обитаемых роботизированных средств, научно-исследовательской аппаратуры и оборудования двойного назначения, включая станции акустического контроля за проникновением (и устройства противодействия) иностранных АПЛ в стратегически важные районы отечественного Заполярья.
Этому во многом будет способствовать расположение обслуживаемых вахтовым методом электронных и электромеханических систем в газовой среде без их непосредственного контакта с морской водой.
Внушительные габаритные размеры НИГС позволят выполнение сейсмической разведки и глубинного бурения с использованием существующего (с некоторой доработкой без устройств борьбы с забортной средой) оборудования стандартного исполнения. При этом персонал НИГС, проживая в сравнительно комфортных условиях, может проводить работы без выхода в гидрокосмос (хотя это легко достижимо) в условиях приемлемой температуры и нормальной освещенности.
Реализация переустановки НИГС качественно расширяет ее технические возможности с существенной экономией средств.
Оперативное создание и эксплуатация опытного образца НИГС откроют перспективы для промышленной добычи с арктического шельфа нефти и газа (а также других полезных ископаемых), например, кустовым методом при высокой экологической и взрывопожарной безопасности, т. к. проливы нефтепродуктов и загрязнения естественным образом локализованы от воды, а разработка систем орошения и пожаротушения в рассматриваемых условиях легко осуществима.
Реализация проекта не связана с решением научно-технических проблем, представляющих какие-либо труднопреодолимые препятствия. Системное компромиссное разрешение противоречий возможно при выполнении работ в рамках ОКР.
Разработка опытного образца комплекса может быть осуществлена с использованием прочных корпусов атомных подводных лодок , подлежащих списанию из состава действующего флота.
«Интеллектуальная безопасность» технологического прорыва России в освоении приполярного шельфа Северных морей от возможных притязаний имеющих на сегодня технологические преимущества иностранных конкурентов должна быть обеспечена своевременным и надлежащим оформлением российского приоритета на качественно новые технические решения (например, получением общеевропейского патента).
При «твердой политической воле», достаточном финансовом обеспечении и проектном единоначалии (с персональной ответственностью) создание головного образца подводного комплекса технических средств по согласованному межведомственному техническому заданию вполне возможно в краткие сроки (от одного до полутора лет) в рамках целевой программы развития отечественных гидронавтики и глубоководной деятельности.

 
Разработка сайтов