Основные принципы модульной стратегии обустройства месторождений в ПАО «Газпром нефть»

Д.А. Сугаипов, к.т.н., ПАО «Газпром нефть», ООО «Газпромнефть-Развитие», В.П. Батрашкин, ООО «Газпромнефть-Развитие», М.М. Хасанов, д.т.н., ПАО «Газпром нефть», ООО «Газпромнефть НТЦ» Р.Р. Исмагилов, Р.А. Панов,А.Р. Атнагулов ООО «Газпромнефть НТЦ»

Журнал «Нефтяное хозяйство»

Открываемые в настоящее время перспективные нефтяные месторождения характеризуются низкой рентабельностью, небольшими запасами и высокими геологическими рисками. Для эффективной разработки таких месторождений требуются новые технологии и организационные подходы. Одними из них являются модульные и мобильные технологии, позволяющие работать гибко и быстро вусловиях неопределенности. 

Мобильные решения дают возможность заходить на участок месторождения, отрабатывать раннюю нефть, вслучае успеха дальше осваивать этот участок месторождения, а вслучае неуспеха – без серьезных потерь переходить на другой участок. При этом модульное решение должно иметь определенную гибкость. При разработке месторождения впроцессе бурения появляются новые данные, которые надо учитывать, увеличивая или сокращая мощность инфраструктуры, минимизируя  затраты и потери [1]. 

Известны многочисленные примеры применения блочномодульных технологий в нефтяной и газовой промышленности. Самым масштабным и уникальным примером является обустройство Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения в 80-х годах XX века. Основным решением по ускорению строительства установки подготовки газа на месторождении было применение суперблоков. Наиболее широко блочные подходы к изготовлению оборудования и обустройству месторождений применяются за рубежом (например, подразделение компании SAMSUNGпо изготовлению технологических установок). Подход инженеров компании SAMSUNG к реализации проектов наиболее точно можно описать принципами бережливого производства иорганизации процесса [2], направленными на сокращение издержек изготовления оборудования и строительно-монтажных работ (СМР) на площадке строительства. 

Опираясь на опыт предыдущего поколения советских нефтяников и мировых компаний, ПАО «Газпром нефть» определило основные принципы модульной стратегии: 

– блочная поставка объектов инфраструктуры максимальной заводской готовности; 

– унификация модульных решений; 

– масштабируемость; адаптация технологии под изменяющиеся условия эксплуатации, что связано с ростом добычи и изменением физико-химических свойств продукции скважин; 

– мобильность; 

– трансформация бизнес-процессов с применением модульных технологий.

Блочная поставка 

В концепции блочной поставки площадочный объект представляет собой набор блочно-модульных единиц: технологическая линия подготовки нефти (БМУПН), насосная станция внешнего транспорта и закачки воды и др. (рис. 1). Оборудование блочно-модульной единицы состоит из транспортабельных сборочных единиц – модулей, габариты которых позволяют транспортировать их к объектам обустройства стандартным транспортом. 


Рис. 1. Схема блочно-модульной единицы (СП – сепаратор-пробкоуловитель; НГС – нефтегазовый сепаратор; НГСВ – нефтегазовый сепаратор со сбросом воды; ЭДГ – электродегидратор; ОВК – отстойник воды; БЕ – буфер-дегазатор; КСУ – концевая сепарационная установка; ДЕ – дренажные емкости; СФ – факельный сепаратор; КТП с НКУ – комплектная трансформаторная подстанция с низковольтным комплектным устройством; БМА – блок местной автоматики)

Модули собираются в блоки, обеспечивающие полный технологический или иной функциональный цикл либо стадию технологического процесса. БМУПН представляет собой совокупность технологических блоков и модулей вспомогательных систем и инженерных сетей, устанавливаемых на строительные конструкции в виде единой площадки. Модули максимальной степени заводской готовности (ММСЗГ) являются унифицированной конструктивно законченной составной частью установки или блока. При сборке ММСЗГ в технологические блоки для приведения их в эксплуатационное состояние требуется минимальный объем работ на строительной площадке. ММСЗГ включают установленные и смонтированные в проектное положение в заводских условиях: технологическое, инженерное, вспомогательное оборудование; оборудование КИПиА; технологическую обвязку; электрические сети; сети КИПиА; оборудование антикоррозионной защиты, лакокрасочного покрытия; системы отопления, вентиляции; устройство пожаротушения; теплоизоляцию; электрообогрев и др. 

Концепция блочно-модульного строительства БМУПН подразумевает: 

– изготовление, полную сборку и комплектацию модулей на предприятии-изготовителе; 

– контрольную сборку и соединение модулей в блоки или установку в целом на площадке предприятия-изготовителя; 

– проведение заводских испытаний модулей; – транспортировку модулей на площадку строительства; 

– размещение модулей строительных конструкций и их сборку в единую установку; 

– шефмонтажные и пусконаладочные работы; – соединение с внешними коммуникациями и инженернымии сетями; 

– пуск в эксплуатацию. 

Блочно-модульная технологическая линия помимо основного технологического оборудования включает систему автоматизации с локальной системой управления, представленной блоком местной автоматики, и систему энергоснабжения – КТП с НКУ с модулем подпорной вентиляции. Реализация принципа блочно-модульных единиц позволяет выполнить поставку крупных компонентов объекта инфраструктуры в полном заводском исполнении.

Масштабируемость и унификация модульных решений 

Гибкость блочных решений обеспечивается принципом масштабируемости – возможностью увеличивать мощность объекта путем установки дополнительных технологических модулей либо демонтировать невостребованные блоки с дальнейшим их перемещением на новый объект. Для реализации данного принципа принята открытая компоновка расположения модулей в блочно-модульной единице. Блоки и модули размещаются по обе стороны от центральной эстакады коммуникаций, при этом они должны быть унифицированными. 

В качестве площадного объекта для унификации была определена установка подготовки нефти (УПН), которая включает полный набор технологического оборудования. Унификация решений выполнена в несколько этапов. 

Приняты: 

– линейка базовых производительностей УПН в капитальном исполнении 0,5, 1 и 1,5 млн т/год с учетом перспективных проектов по освоению месторождений ПАО «Газпром нефть» и возможностью увеличения мощности объекта за счет масштабируемости на 50 %; 

– производительность мобильного комплекса до 0,5млнт/год; 

газовые факторы для модульных установок – 300, 400 и 800 м3/т, для мобильных – до 800, 800–1200, 1200–2000м3/т; 

температура нагрева для легкой нефти – 45 °С; для средней – 55 °С; для тяжелой – 70–80 °С; 

минерализация –35, до 100, более 100 г/л. С учетом указанного разработаны типовые технологические схемы для трех типов нефтей: легкой (плотность до 850 кг/м3), средней (850–890 кг/м3), тяжелой (более890кг/м3). На основе унифицированных решений сформированы типовые проектные решения и типовая конструкторская документация на блоки и модули, включающая разделы по технологии, автоматизации, энергоснабжению и типовые опросные листы.

Мобильность 

Принцип мобильности в блочно-модульных единицах капитального исполнения реализован в виде ограничения – в качестве массогабаритного ориентира взят автомобильный транспортный габарит. Для мобильных установок приняты следующие основные решения. 

Мобильный комплекс используется как временный объект с возможностью быстрого монтажа/демонтажа и передислокации на другие объекты автомобильным (в том числе по промысловым автодорогам) и железнодорожным транспортом. 

Технологическое оборудование совместно с обвязкой размещается в одном блоке в виде стандартных транспортных контейнеров полной заводской готовности. 

Предусматривается возможность модернизации установки для работы в широком диапазоне физико-химических свойств продукции и при их изменении в процессе эксплуатации. 

• Обеспечиваются минимальные требования к подготовке площадки, монтаж комплекса выполняется на основании из дорожных плит.

Для подключения технологических блоков к наружным трубопроводам применяются фланцевые соединения. Для компенсации перемещений блоков предусмотрено подключение блоков к трубопроводам через гибкие соединения. 

Предусматриваются автономное энергообеспечение комплекса, распределенная структура сбора и обработки информации, открытая архитектура информационного взаимодействия.

Трансформация бизнес-процессов 

Принципы и подходы, описанные выше, не дают эффекта без кардинальной трансформации бизнес-процессов компании. 

Трансформация подходов к разработке месторождений. Ранняя нефть. Месторождения, характеризующиеся отсутствуем инфраструктуры, существенной удаленностью, требуют больших капитальных вложений в полноценное обустройство участка опытно-промышленных работ (ОПР). Для нефтяной компании это рисковые затраты, оправданность которых зависит от успешности подтверждения запасов нефти. Изменение подходов к обустройству участков ОПР с применением мобильных модульных решений позволяет: 

– получить положительный или минимизировать отрицательный денежный поток – монетизация продукции скважин, включающая подготовку, транспортировку и реализацию; 

– снизить рисковый капитал – возможность передислокации объектов обустройства на другие участки в случае неподтверждения геологических прогнозов; 

– масштабировать решения при подтверждении геологических предпосылок. 

Трансформация подходов к проектированию. Унификация блочно-модульных решений и типовая документация (типовые проектные решения, опросные листы, конструкторская документация) позволяют сократить сроки проектирования и поставки блочно-модульных единиц на площадку за счет следующих мероприятий. 

1. Классическая схема проектирования площадных объектов включает разработку основных технологических решений (ОТР), проектной (ПД) и рабочей (РД) документации. На этапе разработки ОТР формируются и согласовываются с заказчиком основные решения по объекту – принципиальная схема подготовки нефти, перечень основного оборудования. Применение типовой проектной документации уже на данном этапе позволяет получить решения стадии ПД – технологические решения, чертежи размещения оборудования и сооружений, архитектурные решения и другие, набор опросных листов, необходимых для начала закупочных процедур по технологической линии. Часть результатов этапа ПД переходят на этап ОТР. 

2. Наличие типовой конструкторской документации и решения, полученные на этапе разработки ОТР, позволяют выполнить ранний запуск закупочных процедур блочно-модульных единиц и параллельно выполнять этапы ПД и РД. 

Для трансформации данных процессов в компании по результатам апробации пилотного проекта планируется скорректировать регламентную документацию на процессы проектирования и разработать шаблоны технических заданий на закупку блочно-модульных единиц.

Трансформация закупочных и контрактных процедур. При раннем запуске процесса изготовления оборудования с этапа разработки ОТР, а также при раннем выходе на месторождение в условиях недостаточности геологической информации существуют риски корректировки проектных решений в ходе реализации контракта по изготовлению блочно-модульных единиц. В таких условиях стандартные методы выполнения контракта неэффективны, поскольку не позволяют гибко и быстро реагировать на изменения. В связи с этим возникают риски срыва сроков поставки, поскольку требуется повторная инициация закупочных процедур суточненным объемом поставки. 

В условиях высокой неопределенности и изменчивости технического решения наиболее подходящей является схема контрактования по принципу OpenBook. Преимущество данного инструмента заключается в возможности вхождения поставщика в обязательства до утверждения рабочей документации, изменения стоимости контракта в ходе его реализации. Условиями договора поставки по принципу OpenBook устанавливаются сметное ценообразование, условия контроля затрат со стороны заказчика, возможность иусловия изменения стоимости контракта. 

Трансформация процессов изготовления блочно-модульных единиц и строительства. Блочная поставка максимальной заводской готовности предусматривает контрольную сборку блоков на площадке завода-изготовителя с проведением заводских испытаний. Это позволяет минимизировать число дефектов, выявленных на площадке строительства. 

При строительстве любого объекта существуют риски срыва сроков вследствие значительных объемов работ на площадке и риски отклонения от проектных решений. Вусловиях автономии и труднодоступности месторождений эти риски становятся трудноуправляемыми. Применение модульных технологий направлено на снижение объема СМР на площадке и рисков, связанных с качеством выполнения работ. 

В совокупности трансформация процессов позволит сократить сроки реализации проектов оценочно на 1 год (сроки СМР на 30 %); снизить стоимость СМР на 6 % за счет уменьшения объемов монтажа металлоконструкций, сетей, выполнения пусконаладочных работ; повысить качество поставляемого оборудования. Только совокупная реализация приведенных выше принципов обеспечит запуск проектов в короткие сроки; оптимизирует капитальные вложения и минимизирует рисковый капитал при высокой геологической неопределенности; обеспечит добычу ранней нефти; повысит NPV нерентабельных проектов. На рис. 2 приведены текущая схема проектирования и строительства УПН и схема с применением БМУПН.


Рис. 2. Схемы проектирования и строительства УПН (ИИ – инженерные изыскания; ОЛ – опросные листы; ИП – инженерная подготовка территории строительства; ПНР – пусконаладочные работы; МТО – материально-техническое обеспечение; ГГЭ – Главгосэкспертиза)

Внедрение модульных технологий в ПАО «Газпром нефть» 

В ПАО «Газпром нефть» модульные технологии применяются с 2014 г. На первом этапе мобильные установки получили распространение на перспективных проектах п-ова Ямал и Восточной Сибири с целью получения геологической информации и добычи ранней нефти. Также технологии позволили параллельно вести проектирование объектов капитального строительства и обеспечить добычу нефти до ввода основных технологических площадных объектов. Данный подход к изучению и освоению месторождений принят в компании в качестве стандарта для опытнопромышленной эксплуатации новых месторождений. 

На первом этапе каждый проектный офис индивидуально подходил к принятию решений о применении мобильных установок (либо по контракту покупки оборудования, либо по контракту услуг) в зависимости от требуемого периода эксплуатации и комплектации установки. Отсутствовали единые технические требования к комплектации установок и качеству поставляемых услуг. Первые мобильные установки, использовавшиеся на ряде месторождений, не отвечали принципам блочной поставки и мобильности, приведенным выше. Не вся поставка оборудования была в блочном исполнении, что накладывало определенные ограничения на быстрый монтаж-демонтаж оборудования и мобильность. На ряд месторождений оборудование поставлялось в блочном исполнении, при этом размещение модулей осуществлялось на автомобильном шасси. Данное решение оказалось неэффективным, поскольку установки применялись на месторождениях с неразвитой инфраструктурой (отсутствие круглогодичных дорог), что приводило к быстрому выходу шасси из строя. Поставки на все месторождения осуществлялись различными заводами-изготовителями. Установки изготавливались индивидуально под каждый проект, что обусловило невозможность совмещения их между собой. 

Вторым этапом развития модульной стратегии стало принятие решения о распространении модульных принципов на объекты капитального строительства – блочно-модульные объекты подготовки. Первый опыт был получен в ООО «Газпромнефть-Оренбург» при поставке оборудования УПН для технологической линии №4 УПНГ Восточного участка Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения в модульном исполнении. При реализации контракта были выявлены следующие проблемы и пути их решения. 

Часть рабочей конструкторской документации (РКД) выполняли субподрядные организации, что привело к затягиванию сроков согласования. Для решения проблемы согласно принципу унификации с учетом полученного опыта в компании внедряются типовые конструктивные требования к исполнению модулей. На первом этапе реализации контракта поставки оборудования исполнитель выполняет анализ типовых решений применительно к условиям контракта и согласовывает с заказчиком внесение изменений в РКД. Также для обеспечения преемственности решений заказчик передает исполнителю 3D модель модулей, на основе которой вносятся изменения в конструкцию. 

Изменение схемы опорных поверхностей под технологические трубопроводы, площадки обслуживания и запорно-регулирующей арматуры после передачи ее в производство работ. В соответствии с принципом блочной поставки оборудование и элементы обвязки размещаются на несущей раме модуля, что позволяет исключить данную проблему. 

Часть оборудования поставляется «россыпью», что требует дальнейших монтажных работ на площадке. Принцип блочной поставки в совокупности с заводскими испытаниями позволяет устранить подобную проблему. 

С 2017 г. в ПАО «Газпром нефть» реализуется технологический проект разработки типовых блочно-модульных решений по модульным УПН производительностью 0,5, 1 и 1,5 млн т/год и мобильной установки для этапа ОПР, включающей типовые проектные решения и типовую конструкторскую документацию. Для реализации проекта собрана мультидисциплинарная команда: расширенная рабочая группа заказчика, проектный институт «Гипровостокнефть» для разработки проектных решений по блочно-модульным объектам капитального исполнения, инжиниринговые компании «ОЗНА-Инжиниринг», «ОЙЛТИМ-Инжиниринг» для разработки типовых конструктивных решений. Апробация конструктивных решений по мобильной установке выполняется в рамках проекта «Ямбург». В настоящее время одновременно визготовлении находятся две установки у разных заводовизготовителей. Также в рамках данных контрактов Блоком Закупок компании отрабатываются механизмы выполнения контракта по принципу OpenBook, что позволит определить преимущества и недостатки данного инструмента. Апробация принципов проектирования, изготовления и строительства блочно-модульного УПН капитального исполнения осуществляется в рамках проекта «Тазовский» с его реализацией в 2019–2020 гг. 

В компании также имеется опыт применения суперблока– морского терминала по отгрузке нефти «Ворота Арктики», введенного в эксплуатацию в 2016 г. Терминал является полностью законченной установкой со всем технологическим оборудованием и системой автоматизации, собранной на заводе-изготовителе и доставленной морским транспортом до места применения. Данный проект является уникальным и больше исключением, чем правилом, применительно кблочным технологиям. 

Основой модульной стратегии компании является применение модулей в транспортном габарите свозможностью доставки всеми видами транспорта до места строительства и сборки на площадке.

Список литературы 

1. Исмагилов Р.Р. Современные тренды развития нефтегазового инжиниринга // Нефть. Газ. Новации . – 2017. – № 9. – С. 25–30. 
2. Лайкер Д.К. Дао Toyota: 14 принципов менеджмента ведущей компании мира. – М.: ООО «Альпина Паблишер», 2018. – 400 с.

References 

1. Ismagilov R.R., Present day trends in oil and gas engineering (In Russ.), Neft'. Gaz. Novatsii, 2017, no. 9, pp. 25–30. 
 2. Liker J.K., The Toyota Way: 14 management principles from the world's greatest manufacturer,McGraw-Hill, 2004, 352 p.

Возврат к списку