Подводные технологии включают полностью погруженное в океан 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 океанской инженерией , исследованием океана , автономными подводными аппаратами с дистанционным управлением (ROV) , подводными средствами связи или силовыми кабелями , добычей полезных ископаемых на морском дне , нефтью и газом и морской ветроэнергетикой. .
Нефтяные и газовые месторождения расположены под многими внутренними водами и морскими районами по всему миру, а в нефтегазовой отрасли термин « подводный» относится к разведке, бурению и разработке нефтяных и газовых месторождений в этих подводных местах. [1] Подводные нефтяные месторождения и объекты обычно обозначаются с использованием подводного префикса, например , подводная скважина , подводное месторождение , подводный проект и подводные разработки.
Разработка подводных нефтяных месторождений обычно разделяется на категории «Мелководье» и «Глубоководье» , чтобы различать различные необходимые объекты и подходы. Термин «мелководье» или «шельф» используется для очень мелких глубин, где можно использовать донные сооружения, такие как самоподъемные буровые установки и стационарные морские сооружения , и где возможно погружение с насыщением . «Глубоководная вода» — это термин, который часто используется для обозначения морских проектов, расположенных на глубине более 600 футов (180 м), [2] где используются плавучие буровые суда и плавучие нефтяные платформы , а также требуются подводные аппараты с дистанционным управлением , поскольку пилотируемое погружение является обязательным. не практично.
Начало подводных завершений можно отнести к 1943 году, когда завершилось строительство озера Эри на глубине воды 35 футов (11 м). В скважине была установлена рождественская елка наземного типа , которая требовала вмешательства водолаза для установки, обслуживания и подключения выкидных линий. [3] Shell завершила свою первую подводную скважину в Мексиканском заливе в 1961 году. [4]
Системы подводной добычи нефти могут различаться по сложности: от одной сателлитной скважины с выкидным трубопроводом, соединенным со стационарной платформой , FPSO или береговой установкой, до нескольких скважин на шаблоне или сгруппированных вокруг манифольда и переноса на стационарную или плавучую установку, или непосредственно к береговой установке. [5]
Системы подводной добычи могут использоваться для разработки резервуаров или частей резервуаров, что требует бурения скважин из более чем одного места. Глубоководные условия или даже сверхглубокие водные условия также могут по своей сути диктовать разработку месторождения с помощью подводной системы добычи, поскольку традиционные наземные сооружения, такие как стальные сваи, могут быть либо технически неосуществимыми, либо неэкономичными из-за воды. глубина. [5]
Для разработки подводных месторождений нефти и газа требуется специализированное оборудование. Оборудование должно быть достаточно надежным, чтобы обеспечить защиту окружающей среды и сделать добычу подводных углеводородов экономически целесообразной. Для развертывания такого оборудования требуются специализированные и дорогостоящие суда, которые должны быть оснащены водолазным оборудованием для работы с оборудованием на относительно мелкой глубине (т.е. максимальная глубина воды в несколько сотен футов) и роботизированным оборудованием для более глубоких глубин. Таким образом, любые требования по ремонту или вмешательству в установленное подводное оборудование обычно обходятся очень дорого. Этот вид затрат может привести к экономическому провалу подводной разработки.
Подводные технологии морской добычи нефти и газа — это узкоспециализированная область применения с особыми требованиями к проектированию и моделированию. Большинство новых нефтяных месторождений расположены на глубокой воде и обычно называются глубоководными системами. Развитие этих направлений предъявляет жесткие требования к проверке функций различных систем и их соответствия современным требованиям и спецификациям. Это связано с высокими затратами и временем, необходимыми для изменения уже существующей системы из-за наличия специализированных судов с современным бортовым оборудованием. Полномасштабное испытание ( System Integration Test – SIT) не обеспечивает удовлетворительной проверки глубоководных систем, поскольку по практическим соображениям испытание нельзя проводить в условиях, идентичных тем, в которых система будет впоследствии работать. Поэтому нефтяная промышленность приняла современные технологии обработки данных в качестве инструмента виртуального тестирования глубоководных систем, который позволяет обнаруживать дорогостоящие неисправности на ранней стадии проекта. Используя современные инструменты моделирования, можно создавать модели глубоководных систем и использовать их для проверки функций и динамических свойств системы на соответствие различным спецификациям. Это включает в себя модельную разработку инновационных высокотехнологичных установок и системных решений для экологически безопасной эксплуатации и производства энергетических ресурсов, а также анализ и оценку динамического поведения компонентов и систем, используемых для производства и распределения. нефти и газа. Другая часть — это виртуальные испытания в реальном времени систем подводной добычи, подводного бурения, снабжения над уровнем моря, сейсмографии, подводного строительного оборудования, а также подводного оборудования для измерения и управления технологическими процессами. [ нужна цитата ]
В инфраструктуре передачи электроэнергии для морской ветроэнергетики используются разнообразные подводные технологии для прокладки и обслуживания подводных кабелей электропередачи и другого электроэнергетического оборудования. [6] Кроме того, моносвайные фундаменты ветряных турбин с фиксированным дном, а также анкерные и кабельные конструкции плавучих ветряных турбин регулярно проверяются с использованием различных судовых подводных технологий.
Последние технологические достижения привели к использованию транспортных средств с дистанционным управлением (ROV) для сбора проб минералов на перспективных рудниках . Используя дрели и другие режущие инструменты, ROV получают образцы для анализа на наличие нужных минералов. После того, как место обнаружено, для минирования территории устанавливается горнодобывающее судно или станция. [7]
Добыча полезных ископаемых на морском дне из массивных сульфидных месторождений (названных так из-за молекул сульфидов, а не из-за размера месторождения) является развивающейся отраслью подводной добычи полезных ископаемых. Компания Nautilus Minerals Inc. приступила к созданию новой отрасли путем коммерческой разведки и в будущем планировала добывать медь, золото, серебро и цинк в рамках своего проекта Солвара 1. Проект осуществлял свою деятельность на глубине 1 мили (1,6 км) под поверхностью океана в море Бисмарка недалеко от Папуа-Новой Гвинеи . В полном объеме эта операция могла бы стать первым в мире коммерческим проектом глубоководной добычи полезных ископаемых . [8] Ожидалось, что первое производство начнется в 2017 году, но компания обанкротилась в 2019 году из-за того, что не смогла обеспечить финансирование проекта.
Дистанционно управляемые транспортные средства (ROV) — это роботизированные устройства, управляемые издалека для выполнения задач на морском дне. Доступны ROV с широким спектром функциональных возможностей и сложности: от простых устройств с камерой «глазного яблока» до машин с множеством придатков, которые требуют нескольких операторов для управления или «управления» оборудованием.
Другое профессиональное оборудование, используемое при прокладке подводного телекоммуникационного кабеля, представляет собой специально разработанные суда, модульные баржи, водяные насосы, а также средства для дайвинга и другие аксессуары для беспрепятственного проведения операций по установке в глубоководных и прибрежных районах, на реках и озерах. В мире мало профессиональных компаний, которые владеют, эксплуатируют такое оборудование и выполняют операции по всему миру «под ключ».
Технологии подводной энергетики являются предметом исследования с использованием ряда технических стратегий, ни одна из которых еще не была коммерциализирована и не стала жизнеспособной продукцией или новой энергетической отраслью. Исследуемые источники энергии включают производство электроэнергии в коммунальных масштабах за счет океанских течений, таких как быстрые течения, встречающиеся в водах между Флоридским проливом и мысом Хаттерас. Разрабатываются исследования и проекты по сбору энергии из гидротермальных источников для обеспечения энергией подводных инструментов исследования океана, разработке технологий подзарядки автономных транспортных средств, сенсорных систем морского дна и приложений для исследований окружающей среды. Другие исследования включают сбор энергии из разницы температур, возникающей при различной глубине океана, а также микробные топливные элементы, которые производят энергию из организмов в отложениях морского дна океана.
Существующие методы обеспечения электроэнергией электроприборов на морском дне ограничиваются использованием батарей, энергии, обеспечиваемой генераторами на кораблях или платформах с генераторами на ископаемом топливе, или для более низких требований к мощности - буями для сбора энергии ветра, солнца или волн.
Ряд профессиональных обществ и торговых организаций вовлечены в подводную отрасль по всему миру. К таким группам относятся
Правительственные учреждения управляют правилами в своих территориальных водах по всему миру. Примерами таких государственных учреждений являются Служба управления минеральными ресурсами (MMS, США), Норвежский нефтяной директорат (NPD, Норвегия) и Управление по охране труда и технике безопасности (HSE, Великобритания). MMS управляет минеральными ресурсами в США (с использованием Кодекса федеральных правил (CFR)) и обеспечивает управление всеми подводными минеральными ресурсами и возобновляемыми источниками энергии США .