Подводные технологии включают полностью погруженное в воду океанское оборудование, операции или приложения, особенно на некотором расстоянии от берега, в глубоких океанских водах или на морском дне. Термин « подводный» часто используется в связи с океанографией , морской или океанической инженерией , исследованием океана , дистанционно управляемыми аппаратами (ROV), автономными подводными аппаратами (AUV), подводными коммуникациями или силовыми кабелями , добычей полезных ископаемых на морском дне , нефтью и газом , а также морской ветровой энергетикой .
Нефтяные и газовые месторождения находятся под многими внутренними водами и морскими районами по всему миру, и в нефтегазовой отрасли термин « подводный» относится к разведке, бурению и разработке нефтяных и газовых месторождений в этих подводных местах. [1] Подводные нефтяные месторождения и сооружения обычно обозначаются с использованием префикса «подводный» , например , подводная скважина , подводное месторождение , подводный проект и подводные разработки.
Подводные разработки нефтяных месторождений обычно делятся на категории «мелководье» и «глубоководье» , чтобы различать различные необходимые объекты и подходы. Термин «мелководье» или «шельф» используется для очень мелких глубин, где могут использоваться донные объекты, такие как самоподъемные буровые установки и стационарные морские сооружения , и где возможно насыщенное погружение . Термин «глубоководье» часто используется для обозначения оффшорных проектов, расположенных на глубине более 600 футов (180 м) [2] , где используются плавучие буровые суда и плавучие нефтяные платформы , а также требуются дистанционно управляемые подводные аппараты , поскольку погружение с экипажем нецелесообразно.
Подводные завершения можно проследить до 1943 года, когда было завершено завершение на озере Эри на глубине воды 35 футов (11 м). Скважина имела рождественскую елку наземного типа , которая требовала вмешательства водолаза для установки, обслуживания и подключения к выкидной линии. [3] Shell завершила свою первую подводную скважину в Мексиканском заливе в 1961 году. [4]
Системы подводной добычи нефти могут различаться по сложности от одной скважины-спутника с трубопроводом, соединенным со стационарной платформой , плавучей системой добычи, хранения и отгрузки нефти или береговой установкой, до нескольких скважин на шаблоне или сгруппированных вокруг коллектора и передающих на стационарную или плавучую установку или непосредственно на береговую установку. [5]
Подводные системы добычи могут использоваться для разработки резервуаров или частей резервуаров, которые требуют бурения скважин из более чем одного места. Глубоководные условия или даже сверхглубоководные условия также могут по своей сути диктовать разработку месторождения с помощью подводной системы добычи, поскольку традиционные поверхностные сооружения, такие как стальной свайный кожух, могут быть либо технически неосуществимыми, либо неэкономичными из-за глубины воды. [5]
Разработка подводных месторождений нефти и газа требует специализированного оборудования. Оборудование должно быть достаточно надежным, чтобы защитить окружающую среду и сделать разработку подводных углеводородов экономически целесообразной. Развертывание такого оборудования требует специализированных и дорогих судов, которые должны быть оснащены водолазным оборудованием для относительно мелководных работ с оборудованием (т. е. глубина воды максимум несколько сотен футов) и роботизированным оборудованием для более глубоких глубин. Любое требование по ремонту или вмешательству в установленное подводное оборудование, таким образом, обычно очень дорого. Этот тип расходов может привести к экономическому провалу подводной разработки.
Подводные технологии в морской добыче нефти и газа являются узкоспециализированной областью применения с особыми требованиями к проектированию и моделированию. Большинство новых нефтяных месторождений расположены на большой глубине и обычно называются глубоководными системами. Разработка этих месторождений устанавливает строгие требования к проверке функций различных систем и их соответствия текущим требованиям и спецификациям. Это связано с высокими затратами и временем, необходимыми для изменения уже существующей системы из-за специализированных судов с передовым бортовым оборудованием. Полномасштабное испытание ( испытание системной интеграции – SIT) не обеспечивает удовлетворительной проверки глубоководных систем, поскольку испытание по практическим причинам не может быть проведено в условиях, идентичных тем, в которых система будет работать позже. Поэтому нефтяная промышленность приняла современную технологию данных в качестве инструмента для виртуального тестирования глубоководных систем, что позволяет обнаруживать дорогостоящие неисправности на ранней стадии проекта. Используя современные инструменты моделирования, модели глубоководных систем могут быть настроены и использованы для проверки функций системы и динамических свойств в соответствии с различными техническими требованиями. Это включает в себя разработку на основе моделей инновационных высокотехнологичных установок и системных решений для эксплуатации и производства энергетических ресурсов экологически безопасным способом, а также анализ и оценку динамического поведения компонентов и систем, используемых для производства и распределения нефти и газа. Другая часть - это виртуальное испытание в реальном времени систем для подводной добычи, подводного бурения, поставок над уровнем моря, сейсмографии, подводного строительного оборудования и подводного технологического измерительного и контрольного оборудования. [ необходима цитата ]
Инфраструктура передачи электроэнергии для морской ветроэнергетики использует различные подводные технологии для установки и обслуживания подводных кабелей передачи электроэнергии и другого электроэнергетического оборудования. [6] Кроме того, моносвайные фундаменты ветровых турбин с фиксированным дном, а также якорные и кабельные конструкции плавучих ветровых турбин регулярно проверяются с помощью различных судовых подводных технологий.
Недавние технологические достижения привели к использованию дистанционно управляемых аппаратов (ROV) для сбора образцов минералов с предполагаемых участков добычи . Используя буры и другие режущие инструменты, ROV получают образцы для анализа на наличие желаемых минералов. После того, как участок найден, горнодобывающее судно или станция устанавливаются для добычи полезных ископаемых в этом районе. [7]
Добыча полезных ископаемых на морском дне массивных сульфидных месторождений (названных так из-за молекул сульфида, а не размера месторождения) является развивающейся отраслью подводной добычи полезных ископаемых. Nautilus Minerals Inc. начала создавать новую отрасль путем коммерческой разведки и в будущем планировала добывать медь, золото, серебро и цинк в своем проекте Solwara 1. Проект начинал свою деятельность на глубине 1 мили (1,6 км) под поверхностью океана в море Бисмарка недалеко от Папуа-Новой Гвинеи . Когда операция была бы полностью запущена, она стала бы первым в мире коммерческим проектом по глубоководной добыче полезных ископаемых . [8] Первая добыча должна была начаться в 2017 году, но компания обанкротилась в 2019 году, не сумев обеспечить финансирование проекта.
Дистанционно управляемые аппараты (ROV) — это роботизированные устройства, управляемые на расстоянии для выполнения задач на морском дне. ROV доступны в широком диапазоне функциональных возможностей и сложности: от простых устройств с камерой «глазное яблоко» до многофункциональных машин, для управления или «управления» которыми требуется несколько операторов.
Другое профессиональное оборудование, используемое при установке подводного телекоммуникационного кабеля, — это специально разработанные суда, модульные баржи, водяной насос вместе с водолазной поддержкой и другими аксессуарами для беспрепятственного проведения монтажных работ в глубоком море и на берегу, реках, озерах. В мире мало профессиональных компаний, которые владеют, эксплуатируют такое оборудование и выполняют работы по всему миру «под ключ».
Подводные энергетические технологии являются предметом исследования с использованием ряда технических стратегий, ни одна из которых еще не была коммерциализирована, чтобы стать жизнеспособными продуктами или новыми энергетическими отраслями. Исследуемые источники энергии включают производство электроэнергии в масштабах коммунальных предприятий из океанских течений, таких как быстрые течения, обнаруженные в водах между Флоридским проливом и мысом Хаттерас. Исследования и проекты разрабатываются для сбора энергии из гидротермальных источников для обеспечения питания подводных исследовательских приборов океана, разработки технологий подзарядки автономных транспортных средств, систем датчиков морского дна и приложений для исследования окружающей среды. Другие исследования включают сбор энергии из разницы температур, возникающих при различной глубине океана, и микробных топливных элементов, которые вырабатывают энергию из организмов в отложениях морского дна океана.
Современные методы обеспечения электроэнергией электроприборов на морском дне ограничиваются использованием аккумуляторных батарей, электропитания от генераторов на судах или платформах с генераторами на ископаемом топливе или, при более низких требованиях к мощности, буев, собирающих энергию ветра, солнца или волн.
Ряд профессиональных обществ и торговых организаций вовлечены в подводную индустрию по всему миру. Такие группы включают
Государственные органы осуществляют регулирование в своих территориальных водах по всему миру. Примерами таких государственных органов являются Служба управления минеральными ресурсами (MMS, США), Норвежский нефтяной директорат (NPD, Норвегия) и Исполнительный комитет по охране труда и технике безопасности (HSE, Великобритания). MMS осуществляет управление минеральными ресурсами в США (используя Кодекс федеральных правил (CFR)) и обеспечивает управление всеми подводными минеральными и возобновляемыми энергетическими ресурсами США .