Блочно-модульный метод строительства нефтегазовых объектов

И.П. Кожушков, А.П. Смирнов
ООО «Газпромнефть НТЦ»
Kozhushkov.IP@gazpromneft-ntc.ru, Smirnov.AnP@gazpromneft-ntc.ru

Журнал «Нефтяное хозяйство»

Возрастающие темпы освоения капитальных вложений требуют обобщения накопленного опыта, исследований и совершенствования методов строительства объектов с учетом специфических особенностей районов обустройства. Объем работ на строительной площадке при сооружении нефтепромыслового объекта остается весьма значительным. Эти объекты характеризуются многочисленными функциональными связями, сложностью технологического и энергосилового оборудования, большим количеством средств автоматики. Сооружение объектов в полевых условиях требует высокой квалификации специалистов, качественного исполнения работ по сооружению и подготовке объекта к сдаче в эксплуатацию. При этом расходуются крупные капитальные вложения и используются значительные трудовые ресурсы. С выходом в северные районы строительство объектов еще более осложнится, в связи с чем все большее значение приобретают мероприятия по уменьшению объемов строительномонтажных работ (СМР) и ускорению сроков ввода объектов в эксплуатацию. Учет этих особенностей вызывает необходимость поиска новых технических, экономически эффективных решений по строительству объектов нефтегазовой отрасли [1].
В зарубежной практике при освоении нефтяных и газовых месторождений Севера Канады, Аляски и морского шельфа достижение высоких темпов строительства объектов обеспечивается применением блочно-модульного оборудования и крупноблочных устройств, называемых модулями [1]. Высокая производительность, экономия времени и трудовых ресурсов, качество возводимых объектов – это малая часть преимуществ комплектно-блочного метода организации строительства [2]. В настоящее время данный метод достаточно распространен, а производители блочно-комплектных устройств (БКУ) осваивают востребованную продукцию и выдвигают ее на рынок.
Суть метода заключается в изготовлении в заводских условиях БКУ, укрупненных монтажных узлов и заготовок инженерных коммуникаций (В.А. Титов, 1979 г.). Оборудование поставляется на строительные площадки как законченная единица или практически готовые установки либо их части – модули СКИД.

Проверка блочно-модульного оборудования осуществляется на предприятиях.
В настоящее время в компании «Газпром нефть» используется следующая терминология блочно-модульного оборудования.
Блок – конструктивно самостоятельная функциональная установка, включающая необходимое оборудование, приборы, сети и конструкции, состоящая из одного и более модулей, обеспечивающая отдельную стадию технологического процесса или другой функциональный цикл.
Модуль – конструктивно законченная функциональная составная часть блока с унифицированными конструкциями и интерфейсами подключения, размещенная на едином самонесущем основании в транспортных и погрузочных габаритах.
Суперблок – транспортабельное устройство (сооружение) или установка с законченным технологическим циклом полной заводской готовности, его размеры значительно больше габаритов погрузки традиционными видами транспорта. Масса суперблока составляет 200–1000 т.
В табл. 1 представлены преимущества и недостатки применения блочно-модульного оборудования.
В настоящее время на российском рынке имеется оборудование в блочно-комплектом (блочно-модульном) исполнении всех типов: насосные станции; установки пожаротушения; канализационные насосные станции; объекты теплоснабжения; объекты электроснабжения; установки редуцирования и подготовки газа; узлы учета нефти и газа; УПН, ДНС, установки предварительного сброса воды (УПСВ), КНС, газотурбинные электростанции; служебно-эксплуатационные ремонтные и складские блоки; операторные; блоки водоподготовки газа; сепарационное оборудование в модуле СКИД и др.
Развитость рынка и большое число поставщиков блочно-модульного оборудования позволяют исключить решение уже рассмотренных проблем, связанных с проектированием объектов обустройства, выбором и размещением технологического и другого оборудования. Проекты сводятся к оптимальной трубопроводной обвязке на территории строительной площадки, подключению трубопроводов и электросети к блочно-модульной установке. Для монтажа предельно компактного и мобильного блока-модуля не требуется капитального строительства. Необходима лишь подготовка фундамента, способного выдерживать статические нагрузки от конструкции. В результате значительно экономятся время, ресурсы и бюджет, качество и надежность проектных решений возрастают. Для компании «Газпром нефть» преимущество использования технологического оборудования в блочно-модульном исполнении проявляется прежде всего при строительстве новых кустовых площадок, УПН, ДНС, дожимной компрессорной станции (ДКС) УКПГ и др. В этом случае все функции, связанные с безопасностью и качеством продукции, берет на себя поставщик блочно-модульного оборудования. Здесь процесс изготовления и цеховых испытаний этого оборудования полностью оптимизирован и наиболее эффективен по затратам времени, качеству, специализации и квалификации инженерного персонала. Специалисты компании в свою очередь устанавливают правило контрольной сборки оборудования на площадке завода-изготовителя. Отгрузка оборудования осуществляется в присутствии аудиторов компании. Данные решения позволяют исключать проблемы, связанные с некомплектностью оборудования и его работоспособностью. Применение блочно-модульного метода строительства обеспечило успешное освоение Тюменского нефтегазодобывающего региона. Гипротюменнефтегаз одним из первых применил, а затем развил эффективные методы обустройства нефтяных месторождений с использованием блоков и блочного оборудования, документация на которые в основном была разработана специалистами института [2].
Внедрение блочно-модульного метода строительства на промыслах началось в 1967 г., уже тогда о его перспективности свидетельствовал тот факт, что, например, весь период от проектирования до ввода в эксплуатацию КНС составил всего 7 мес вместо предусмотренных СНиП 16 мес, отведенных только на строительство. Многолетняя практика подтвердила отмеченное. В 1971–1975 гг. тюменские нефтяники в Среднем Приобье с применением более 500 блокпонтонов, имеющих относительно небольшую массу (до 65 т), построили необходимое число мощных насосных станций и получили годовой экономический

71.PNG

72.PNG

эффект 564 тыс. руб. (1974 г.), в сжатые сроки создали систему поддержания пластового давления [3].
С 1978 г. блок-понтоны стали успешно использовать газовики, при этом увеличили их массу до 300 и даже до 450 т. Миннефтегазстрой, Мингазпром, Миннефтепром оперативно сначала создали временные предприятия по строительству блок-понтонов, затем построили крупную судоверфь с большим крытым эллингом в деревне Копытово под Тюменью [3]. С 1978 по 2008 г. ОАО «Сибкомплектмонтаж» совместно с ОАО «Гипротюменнефтегаз», Тюменским судостроительным заводом, НИПИКБС, СибНИПИгазстроем и другими организациями выполнил ряд разработок в области крупноблочного сооружения объектов обустройства газоконденсатных месторождений п-ова Ямал, в первую очередь Ямбургского нефтегазоконденсатного и Баваненковского газоконденсатного месторождений. Примером обустройства служит Ямбургское месторождение, на которое было доставлено 230 блок-понтонов средней массой 233 т, максимальной – 433 т. Из них были сооружены основные производственные объекты УКПГ. Блок-понтоны позволили доставить объекты на площадку строительства в 90–95%-ной готовности. УКПГ вводились за 7–9 мес при нормативных сроках СНиП 1.04.03-85 – 38 мес. На месторождении за 5 лет были созданы мощности по добыче 200 млрд м3 газа в год (рис. 1, 2).
Для реализации стратегии развития компании приоритетным является участие в проектах разработки в новых поисковых зонах на п-овах Ямал, Таймыр и в Восточной Сибири. Месторождения в данных регионах характеризуются отсутствием дорог, сложной логистической схемой, суровыми климатическими условиями. Необходима также частичная реконструкция действующих объектов вследствие износа оборудования, ухудшения свойств нефти. Применение классического подхода к обустройству и реконструкции месторождений с поставкой только части оборудования (около 30–40 %) в блочно-модульном исполнении требует значительных временных затрат на строительной площадке и в условиях автономии связано со значительными рисками срыва сроков ввода объектов в эксплуатацию.

С целью решения стоящих перед компанией «Газпром нефть» технологических задач был запущен технологический проект «Поиск и внедрение объектов и сооружений блочного строительства». Главной задачей технологического проекта является разработка интегрированной технологии проектирования, комплектации и доставки оборудования на строительную площадку. Такая технология повысит уровень модульности оборудования, снизит время на проведение СМР и пусконаладочных работ, а также повысит качество оборудования и безопасность.
В настоящее время разрабатываются внутренние нормативно-методические документы компании, определяющие порядок взаимодействия всех участников процесса с учетом этапов реализации проекта, его типа и логистических ограничений, а также вносятся изменения в существующие нормативно-методические документы компании, в частности, типовые технические требования на блочное оборудование. В планах проекта намечена разработка программного комплекса по подбору оптимального блочно-модульного оборудования и его компоновки на основе классификаторов оборудования. На практике осуществляется реализация проекта с применением крупноблочного изделия максимальной заводской готовности (модуль суперблока) [4]. Модуль газоперекачивающего агрегата (ГПА) для ДКС будет представлять собой крупноблочное изделие на общей основе (раме) полной заводской готовности, состоящее из газоперекачивающего агрегата, аппарата воздушного охлаждения газа, сепараторов, системы автоматического управления ГПА. При этом будут учтены ограничения массогабаритных характеристик модуля по длине (25 м), ширине (18 м), высоте (18 м) и массе (450 т). По результатам оценки потенциальной возможности и граничных условий применения данного модуля в рамках реализации крупного проекта компании «Газпром нефть», а также ожидаемого экономического эффекта будет рассмотрен вопрос о дальнейшем тиражировании данного метода строительства на все крупные проекты компании.
В процессе изучения блочно-модульного метода строительства в 2015–2017 гг. был проведен анализ применения блочно-модульного оборудования при обустройстве месторождений в компании, который выявил следующие основные проблемные вопросы:
– изготовление оборудования в различном исполнении;
– поставка оборудования различной заводской готовности;
– изготовление несущих металлоконструкций на строительной площадке;
– недостаточная проработка договора поставки;
Тем не менее по результатам анализа было установлено, что на всех крупных стройках компании доля использования блочно-модульного оборудования составляет около 60 % относительно всего оборудования, которое можно поставлять в блочно-модульном исполнении. Более детальное изучение проблемных вопросов позволило сформулировать и подготовить пути решения для максимального использования блочно-модульного строительства.
В рамках технологического проекта было предложено сосредоточить внимание на более тщательном формировании задания на проектирование с использованием утвержденной терминологии, экспертизе проектных решений, разработке базы типовых технических требований на блочно-модульное оборудование, предложения по раннему отбору изготовителей оборудования, корректном формировании договора поставки оборудования и обеспечения контроля его изготовления и приемки.
Исследования результатов применения блочно-модульного оборудования за 2017–2019 гг. показали положительную динамику. В настоящее время доля использования такого оборудования составляет более 76 % всего оборудования, которое можно поставлять в блочно-модульном исполнении (табл. 2). Пример строительства объекта месторождения способом максимальной модульности и блочности, компактности с экономической эффективностью приведен на рис. 3.
Учитывая необходимость реализовывать сложнейшие проекты в минимальные сроки, проектные офисы компании применяют технологии с использованием модульных блоков полной заводской готовности, успешно решающие подобные проблемы. Обобщая имеющийся российский и зарубежный опыт блочно-модульного строительства, можно выделить преимущества и недостатки данной технологии. К преимуществам относятся:
– высококачественное производство в оптимальных заводских условиях, минимизация неблагоприятных воздействий стройплощадки;
– рациональное объединение всех видов работ, организованные команды специалистов на производстве и стандартизированные рабочие процессы;
– сокращение трудоемкости работ на строительной площадке за счет максимальной механизации всех работ в заводских условиях (на заводские условия приходится до 90 % трудозатрат на создание оборудования);
– снижение общей трудоемкости и себестоимости работ;
– сокращение продолжительности возведения зданий, следовательно, более быстрые сроки окупаемости проекта;

73.PNG

74.PNG

– возможность разделения строительства здания и отдельных видов работ по независимым эксплуатационным блокам;
– снижение загрязнения окружающей среды в районе строительства [5].
Среди недостатков можно выделить следующие:
– значительное увеличение грузоподъемности используемых механизмов и транспорта;
– основные вложения необходимы задолго до начала проведения строительных работ на площадке, особенно при закупке импортных модулей;
– отсутствие необходимого оборудования, обученного персонала, специального программного обеспечения для производства модулей с точным соблюдением проектных решений и высокого качества, что приводит к значительным дополнительным объемам работ на строительной площадке и, следовательно, к увеличению продолжительности строительства;
– пробелы в техническом нормировании как по производству модульных блоков в заводских условиях, так и по возведению модульных зданий в целом (В.А. Титов, 1979 г.);
– сложность транспортировки модульных блоков, особенно крупнообъемных (суперблоков).
– повышенные требования к подъездным путям на строительную площадку, так как масса одного модульного блока может достигать 450 т.
Перечисленные факторы могут повысить стоимость строительства методом объемных элементов по сравнению с другими технологиями. Однако с учетом того, что модули транспортируются с завода полностью оснащенными всем оборудованием, включая инженерные коммуникации, насосное и сепарационное оборудование, внутреннюю отделку, освещение, транспортировка модулей даже в самые отдаленные регионы является экономически выгодной [4].

Выводы 

1. Блочно-модульное строительство может применяться при сооружении нефтегазопромысловых объектов, зданий общественного назначения независимо от исходных параметров и заданных технических условий.
2. Требуется совершенствование нормативно-технической базы по проектированию и производству СМР блочно-модульного строительства, изготовлению и контролю качества модульных блоков на заводах-изготовителях.
3. С целью оптимизации и минимизации необходимых ресурсов, соблюдения установленных сроков строительства (в том числе и производства модулей) и, как следствие, сроков окупаемости строительного проекта в целом необходима разработка методов поэтапного планирования строительного цикла возведения модульных зданий.
4. В сложившейся ситуации в нефтегазовой отрасли, когда традиционные запасы уже выработаны, появляется необходимость реализовывать сложнейшие проекты в минимальные сроки. Уже сейчас имеется отработанный инструмент инфраструктуризации месторождений – технология комплектно-блочного строительства с применением модульных блоков полной заводской готовности, включая суперблоки [6].

Список литературы 

1. Бячков А.И. Разработка конструктивно-технических решений объектов в суперблоках для нефтепромыслового и магистрального трубопроводного транспорта в Западной Сибири: дис. … на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. – Гипротюменнефтегаз, 1984. – 221 с.
2. Огудов А.Г., Андрианова Л.И., Пнёва А.П. Внедрение индустриального метода строительства с использованием узлов максимальной заводской готовности // Нефть и газ Западной Сибири. – 2013. – Ч. 1. – С. 121–123.
3. Соколов С.М., Стрекопытов С.К., Тукаев Ш.Г. Проблемы строительства нефтегазовых объектов крупными блоками // Нефтяное хозяйство. – 2008. – № 3. – С. 94–95.
4. Кожушков И.П., Смирнов А.П., Колонских К.В. Перспективные методы блочно-модульного строительства нефтегазовых объектов с применением суперблоков // PROНефть. – 2019. – № 2. – С. 71–75.
5. Захарова М.В., Пономарев А.Б. Опыт строительства зданий и сооружений по модульной технологии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2017. –Т. 8. – № 1. – С. 148–155. 

References 

1. Byachkov A.I., Razrabotka konstruktivno-tekhnicheskikh resheniy ob"ektov v superblokakh dlya neftepromyslovogo i magistral'nogo truboprovodnogo transporta v Zapadnoy Sibiri (Development of structural and technical solutions for facilities in superblocks for oilfield and trunk pipeline transport in Western Siberia): thesis of candidate of technical science, Tyumen, 1984.
2. Ogudov A.G., Andrianova L.I., Pneva A.P., Vnedrenie industrial'nogo metoda stroitel'stva s ispol'zovaniem uzlov maksimal'noy zavodskoy gotovnosti (Implementation of the industrial construction method using nodes of maximum factory readiness), Proceedings of International Scientific and Technical Conference dedicated to the 50th anniversary of the Tyumen Industrial Institute “Neft' i gaz Zapadnoy Sibiri” (Oil and gas of Western Siberia), 2013, Part 1, pp. 121–123.
3. Sokolov S.M., Strekopytov S.K., Tukaev Sh.G., The problems of large blocks construction of oil-and-gas facilities (In Russ.), Neftyanoe khozyaystvo = Oil Industry, 2008, no. 3, pp. 94–95.
4. Kozhushkov I.P., Smirnov A.P., Kolonskikh K.V., Rerspective block-modular methods for the construction of oil and gas facilities using superblocks (In Russ.), PRONEFT''. Professional'no o nefti, 2019, no. 2(12), pp. 71–75.
5. Zakharova M.V., Ponomarev A.B., Experience in construction buildings and structures using modular technology (In Russ.), Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura = PNRPU Construction and Architecture Bulletin, 2017, V. 8, no. 1, pp. 148–155. 


Возврат к списку