Новые технологические решения для освоения длительно замерзающих акваторий

В статье изложена новая технология сжижения природного газа, позволяющая осуществить сжижение в подводных условиях. Простоту этой технологии отличает её дешевизна, обусловленная дешевизной получения хладагента - жидкого воздуха, а также положительными экологическими последствиями использования жидкого воздуха как хладагента в подводной среде

Ключевые слова: зонирование, Северный Ледовитый океан, глубина, технология, сжижение, подводный, условия, жидкий воздух, сжиженный природный газ, факельный газ, газ дегазации

Основная часть

газ сжижение технология подводный

Неотложность решения проблем освоения нефтегазовых ресурсов российского сектора арктических морей Северного Ледовитого океана (СЛО) несомненна, но рентабельность реализации соответствующих мероприятий требует не только тщательного выбора современных технологий и технических средств, но и разработки новых технических решений с непременным учётом проблем экологической безопасности всего Мирового океана. Поскольку загрязнение окружающей среды и Мирового океана достигает критической точки, обеспечение безопасности Мирового океана в настоящее время по своей значимости и остроте выходит на уровень таких проблем, как всеобщее разоружение, урегулирование региональных конфликтов и кризисных ситуаций, В развитие поставленных задач, не снимая актуальности проблем безопасного освоения ресурсов арктических морей, мы в своих публикациях [1] предложили концепцию зонирования глубин длительно замерзающих акваторий с целью создания и использования соответствующих технических средств для их освоения путём создания новых разновидностей подводных технических сооружений нефтегазового предназначения [2,3]. Кроме того, нами была предложена новая технология сжижения природного газа в противотоке с жидким воздухом [4,5], реализация которой может позволить существенное снижение затрат наряду не только с сохранностью окружающей среды, но и с пользой для фауны и флоры. Использование жидкого воздуха (ЖВ) в качестве основного хладагента для сжижения газа обосновано на том, что температура его жидкого состояния достигает минус 196^оС в то время, как природный газ (преимущественно состоящий из метана) сжижается при температуре минус 163^оС (СПГ), и этот температурный избыток холода, безусловно, приводит к желаемому результату. А эффективность использования жидкого воздуха для сжижения метана обусловлена ещё и тем, что получить его наиболее дешёвым путём возможно в процессе регазификации СПГ в пункте его сбыта, т.е. на том береговом терминале, куда доставляется СПГ. Тем самым по существу мы дважды используем охлаждающие способности обоих хладагентов лишь с той разницей, что для сжижения метана более чем достаточно охлаждающей возможности жидкого воздуха; в то же время для сжижения воздуха охлаждающей возможности метана уже становится недостаточной, и после его охлаждения до температуры не менее минус 150-155^оС, чтобы довести воздух до жидкого состояния придётся затратить дополнительную энергию, используемую традиционным способом для получения желаемого состояния. Именно для достижения этого температурного перепада необходимо затратить энергию, основной стоимостью которой определяются затраты на получение жидкого воздуха. Исходя из сегодня существующей стоимости жидкого воздуха (в торговой сети) 10 руб./л, тонна ЖВ должна стать, по нашему мнению, в пределах не более 2 тыс. руб. (и, возможно, ещё меньше) Но это не единственное преимущество предлагаемой технологии. Более существенным, по нашему мнению, для подводной технологии в условиях ограниченного пространства/объёма является возможность её реализации практически без привлечения персонала, поскольку наиболее главным в нашей технологии является сам естественный процесс противоточного теплообмена, не требующий человеческого вмешательства, и осуществляемый под надёжным и непрерывным контролем разного рода датчиков и других автоматических устройств. Кроме того, поскольку реализация эффективного теплообмена будет происходить: для природного газа - под воздействием пластового давления, то для перекачки в противотоке ЖВ потребуется энергия, вырабатываемая автономной атомной электростанцией (АЭС) в подводном исполнении. Перечисленные преимущества, в конечном счёте, возможно, и определят предложенный нами способ сжижения природного газа в подводных условиях. В этом случае прибрежные комплексные терминалы (ПКТ) придётся несколько перестроить, снабдив их дополнительными функциями в виде получения жидкого воздуха, который будет транспортироваться для последующего сжижения газа непосредственно на глубоководных газоконденсатных месторождениях, расположенных в зонах длительно замерзающих акваторий СЛО.

Но даже дважды использованные нами охлаждающие возможности СПГ и ЖВ (непосредственно на месторождении и на терминале) не исчерпывают преимущества нового технического решения [4,5]. Охлаждающую способность ЖВ можно и НУЖНО использовать также в условиях подводного пребывания нефтегазового сооружения для сжижения:

- газа дегазации, образующегося в восходящем буровом растворе в системе циркуляции бурового раствора (естественно, в процессе бурения эксплуатационных скважин);

- так называемого "факельного" газа (всем морским нефтяника/газовикам хорошо известна на традиционных платформах факельные установки!).

Операция дегазирования бурового раствора очень просто решается путём организации сбора выделившегося газа с последующим принудительным нагнетанием его в противоточный теплообменник навстречу ЖВ, а затем направляется в общий поток пластового газа, поступающего затем на сжижение в противоточный теплообменник. Подобным же образом следует поступить и с факельным газом, но направить его придётся в отдельную на танкере ёмкость, чтобы предотвратить его смешение с СПГ, поскольку состав факельного газа отличается от состава пластового газа, подлежащего сжижению, т.е. вряд ли может отвечать кондициям СПГ; его следует изучить, чтобы решить варианты его дальнейшего использования или подвергнуть известной утилизации.

При проектировании подводных нефтегазодобывающих сооружений следует учесть возможность таких преобразований, без которых немыслимо их создание и дальнейшая нормальная жизнедеятельность внутри них; и для этого потребуется лишь предусмотреть наличие определённого (расчётным путём) количества ЖВ и отдельные специально выделенные ёмкости на челночном танкере-газовозе, регулярно подвозящим ЖВ и отвозящим СПГ и другие продукты сжижения.

Кроме чисто технологических (т.е. самых главных и по сути основных своих функций) ЖВ выполняет не менее полезную и важную функцию. ЖВ после этого подогревается до температуры 20^оС и при нормальном давлении подаётся во все помещения подводного сооружения, создавая тем самым жизненно необходимую воздушную среду, в которой должен находиться весь персонал нашего подводного комплекса; далее вся отработанная воздушная масса выпускается с помощью воздушных нагнетателей в водную толщу, обогащая её остаточным количеством кислорода, положительно способствуя тем самым на жизнедеятельность всей флоры и фауны холодного подводного мира Арктики.

В заключение, возвращаясь к вопросу очищения атмосферы океана заметим, что предложенные технические решения, связанные с использованием ЖВ в качестве хладагента для сжижения углеводородного газа могут оказаться полезными и на ныне существующих морских нефтегазодобывающих платформах, если их модернизировать с целью утилизации газа дегазации и факельного газа. В этом случае потребуется регулярно завозить на платформу ЖВ, или же приобрести установку получения ЖВ, установить дополнительные компактные противоточные теплообменники, специальные изотермические ёмкости, малогабаритные перекачивающие устройства, реконструировать трубопроводную обвязку и наладить регулярный вывоз вновь полученных углеводородных продуктов в жидком виде.

Литература