Подводное распределение электроэнергии приближается

Подводная электрораспределительная установка выведет нефте- и газодобывающие объекты на морское дно

Распределение подводной энергии на глубине до 3000 метров скоро станет реальностью. Этим летом полномасштабный прототип будет проходить 3000-часовой тест. После этого, при условии, что все пойдет по плану, наступит время коммерческого запуска, что может иметь далеко идущие последствия для производственных мощностей во всем мире. Это может даже в конечном итоге превратить всю производственную платформу в память о прошлом.

В Норвегии в настоящее время формируется новый проект для инфраструктуры распределения электроэнергии в морских установках. Здесь АББ и группа партнеров разрабатывают оборудование, предназначенное для того, чтобы сидеть на дне океана на глубинах до 3000 метров и работать до 30 лет без технического обслуживания. Подводная система распределения электроэнергии может обеспечивать мощность до 100 мегаватт (МВт) и поставляться на расстояние до 600 километров. Совместный отраслевой проект (JIP) представляет собой совместное предприятие между ABB и Equinor со своими партнерами, Total и Chevron.

Проект направлен на повышение коэффициента извлечения для новых морских установок и продление срока службы существующих активов с использованием современных модульных подводных установок вместо традиционных платформ и плавучих производственных систем.

Семена проекта были посеяны в 2013 году, когда АББ было поручено повысить степень извлечения на месторождении Асгард в норвежском секторе Северного моря. Оператор Equinor обнаружил, что давление внутри скважины падает с угрожающей скоростью, хотя оставшиеся запасы были значительными. АББ предоставила мощность для подводного газокомпрессорного оборудования для искусственного наддува, первого в своем роде.

Из-за отсутствия какого-либо распределения мощности на морском дне каждый насос и компрессор изначально привязывали кабель к плавучей производственной платформе. Впоследствии эта проблема была решена, и все технологическое оборудование теперь расположено на морском дне и питается от единственного кабеля с модульным распределением энергии.

Разработана новая концепция
JIP был создан для дальнейшего развития этой концепции. При наличии инфраструктуры распределения электроэнергии на морском дне будущая добыча на море может не потребовать каких-либо надстроек или плавучих производственных систем, что дает значительные преимущества в плане затрат и безопасности. Питание будет подаваться одним кабелем вместо одного для каждой нагрузки. Все оборудование для распределения среднего напряжения, преобразования мощности, автоматизации и вспомогательного питания будет установлено в подводных корпусах. Модульная система распределения электроэнергии на морском дне будет приводить в действие насосы, компрессоры и другие технологические установки.

Потенциальная экономия значительна. В проекте с восемью различными нагрузками, такими как насосы или компрессоры, экономия капиталовложений может составить около 500 миллионов долларов. Эффективность будет значительно улучшена, поскольку нагрузки находятся ближе к скважине. Должна быть возможность сэкономить до 30% на капитальных и эксплуатационных расходах в течение 30-летнего срока службы.

С дальнейшим развитием концепция может в конечном итоге привести к созданию автономной подводной фабрики, использующей цифровые решения для интеллектуальных удаленных и беспилотных операций. Это еще больше сократит капитальные затраты и эксплуатационные расходы при одновременном увеличении коэффициентов извлечения, повышении безопасности, повышении надежности, повышении производительности и минимизации воздействия на окружающую среду. Мощность может подаваться на расстояние до 600 километров. Используя эту концепцию, можно получить практически все известные в мире ресурсы.

(Изображение: ABB)

Технический вызов
Хотя существует надежное экономическое обоснование для размещения оборудования для распределения энергии на дне океана, это не то же самое, что иметь техническое решение. Необходимо было преодолеть много препятствий, чтобы начать полный тестовый образец. Проектирование инфраструктуры электроснабжения, способной работать на глубине 3000 метров в течение 30 лет, означало значительные технические проблемы, поскольку условия эксплуатации чрезвычайно суровы, а требования к надежности требовательны. Ничего подобного никогда не было сделано раньше, и на этом пути было получено много нового.

Система состоит из подводной системы управления и распределения низкого напряжения, подводного распределительного устройства среднего напряжения и подводных приводов переменной скорости среднего напряжения. В начале проекта большая часть этого оборудования не существовала. Когда в 2017 году было проведено первое испытание на мелководье, это был первый случай, когда привод с переменной скоростью среднего напряжения работал под водой.

Этим летом начнется 3000-часовое испытание на мелководье с полномасштабным прототипом - распределительным устройством среднего напряжения, оборудованием управления и распределения низкого напряжения и двумя параллельными приводами с переменной скоростью (VSD). Ожидается, что первая коммерческая система будет введена в эксплуатацию к 2023 году.

Долгосрочное тестирование
После испытаний на мелководье 2017 года компоненты были проверены, переработаны и оптимизированы. Долгосрочное тестирование продолжается на уровне компонентов.

Существенной проблемой при разработке и тестировании среды было получение точных условий, которые могли бы привести к отклонению теста, изменению поведения устройства или значения компонента, особенно когда эти отклонения были прерывистыми и проявлялись только в самых суровых условиях тестирования. Эта работа часто проводилась в специализированных испытательных центрах.

Все компоненты основаны на существующем оборудовании, адаптированном для подводной эксплуатации. Проект направлен на то, чтобы квалифицировать основные строительные блоки для работы с типичными значениями напряжения и мощности, используемыми при подводной обработке, а также для работы в очень сложных подводных условиях. Все компоненты протестированы по API 17F. Это включает в себя испытания на температуру, вибрацию и давление, а также ускоренные испытания в течение всего срока службы.

Работы по проекту следуют рекомендациям и уровню технологической готовности (TRL), определенным в процедуре DNV RP-A203. Это обеспечивает системный подход для обеспечения надежного функционирования технологии в указанных пределах. Переход к полномасштабному тестированию прототипа означает, что проект теперь переходит с TRL3 на TRL4.

Обычно применяются существующие требования к оборудованию надводной части, а также стандарт API17F для систем управления подводным производством. Используя эти стандарты и методы, в проекте были разработаны технологии упаковки, обеспечивающие надежное и экономичное распределение и преобразование энергии для подводного использования. Цель состоит в том, чтобы предоставить отрасли доказательство того, что эта технология готова к использованию.

Мощный контроллер
В то время как система управления основана на существующих продуктах, технологию пришлось значительно модернизировать и модифицировать. Система также нуждалась в совершенно новом дизайне корпуса. Хотя уже существуют подводные электронные модули для приложений управления скважиной, система управления, разработанная здесь, предложит более расширенные функциональные возможности по сравнению с существующими решениями. Система намного мощнее, чем любая современная система, используемая сегодня для подводных работ.

Подводные преобразователи частоты предназначены для управления скоростью и крутящим моментом подводных насосов и компрессоров для нагнетания морской воды, форсирования и сжатия. Они также играют важную роль в получении диагностических данных. Часто более полезно собирать данные устройства с VSD, чем с реальных устройств. Это помогает прогнозировать поведение устройства, оптимизировать работу и отслеживать показатели производительности, повышая устойчивость.

Проект сейчас находится на завершающей стадии. Когда начнется испытание полномасштабного прототипа на мелководье, отрасль может рассчитывать на новую эру, в которой подводные установки заменяют надводные платформы, значительно снижая затраты и риски, связанные с производством.

Автор
Свейн Ватланд, вице-президент подводной технологической программы в АББ