Морская робототехника для добычи нефти. Что кроется в морских глубинах?

Добыча углеводородов с каждым годом всё больше уходит «под воду». Эта тенденция не обошла стороной и нашу страну. Однако разработка месторождений на арктическом шельфе — это нелёгкая задача, решить которую можно только вооружившись современными технологиями. Среди них стоит особо выделить морскую робототехнику.

Морской робототехнике суждено прирастать нефтегазом

Начать следует с того, что безлюдные подводные аппараты подразделяются на полностью автономные морские роботы и телеуправляемые механизмы. Именно с последних в 1950–60-х гг. начинается история (или вернее предыстория) морской робототехники.

Пионерами стали ВМС США. Эстафету подхватили в Советском Союзе, где в Институте океанологии в 1963 году началась разработка, а в 1968 г. появились аппараты «КРАБ» и «Манта 0,2», оснащённые камерами и манипуляторами. Тогда казалось, что описанные фантастами подводные города вот-вот станут реальностью. Однако прогресс замедлился.

Понятно, что первыми были военные разработки, однако по мере того, как технология развивалась, ей нашлось применение и в гражданском секторе. В первую очередь речь идёт как раз о нефтегазовом секторе. Причём именно добыча углеводородов по прогнозам должна стать главным драйвером роста отрасли.

Так, ожидается, что в 2020–2035 годах объём мирового рынка в сегменте необитаемых подводных аппаратов (НПА) увеличится на 30%. И хотя большую часть составит доля военных НПА — 70%, наиболее высокими темпами будет расти сегмент, связанный с нефтегазовым сектором, сообщает «Коммерсантъ».

В обзоре «Морская робототехника: состояние, проблемы, пути развития», который выпустили в 2018 году Департамент судостроительной промышленности и морской техники Минпромторга РФ и АО «ЦНИИ КУРС», перечислили, как именно могут использоваться НПА в нефтедобыче. В первую очередь, для проведения проектно-изыскательских работ при укладке трубопроводов или освоении подводных месторождений.

Кроме этого, их можно будет применять для очистки дна от потенциально опасных объектов, обследования трассы подводных трубопроводов, обеспечения безопасности акваторий морских и прибрежных объектов, экологического мониторинга и ликвидации последствий аварийных ситуаций.

Разведанные запасы шельфа Северного Ледовитого океана составляют 25% от общемировых запасов углеводородов: 90 млрд баррелей нефти, 48,3 трлн кубометров природного газа, 44 млрд баррелей газового конденсата, сообщает портал Arctic Russia.

При этом 60% этих запасов находятся на территории российского шельфа, что составляет половину запасов газа и четверть запасов нефти нашей страны. Освоение этих богатств — стратегическая задача ближайшего будущего, решить которую будет проблематично без развития морской робототехники.

Российская робототехника — на пути к коммерциализации

Как же обстоят дела с развитием морской робототехники в России? Запрос со стороны промышленности на такую технику существует давно, ещё в 2017 году начальник службы перспективного развития «Газпром-добыча-шельф-Южно-Сахалинск» Тамаз Барамидзе говорил, что газовому монополисту нужны автономные морские роботы.

«Для работы по обслуживанию скважин на арктическом шельфе нам нужны роботы, базирующиеся не на судах, а на берегу, спускаемые со льда, работающие автономно круглый год и в любую погоду на расстоянии до 300 километров от берега и на глубинах до 500 метров», — приводит слова Тамаза Барамидзе официальный сайт «Газпрома».

Из-за отсутствия такой техники холдинг вынужден использовать телеуправляемые аппараты судового базирования. По мнению представителя «Газпрома», это неэффективно, поскольку 80% расходуется на оплату работы судов, а на выполняемые операции только 20%.

Логичным выходом из этой ситуации видится создание собственного робота. Однако на этом пути сразу возникает несколько препятствий, начиная с того, что для проведения конкурса среди разработчиков морской робототехники самому заказчику нужно обладать достаточно высоким уровнем знания для проведения экспертизы.

Сразу нужно сказать, что использованию импортного оборудования и технологий препятствуют санкции западных стран. В этих условиях не остаётся другого выбора, кроме как опоры на отечественные разработки. Решением подобных задач в России занимаются научные организации, предприятия, связанные с ВПК, и частные компании.

Однако проектантами (изготовителями) НПА являются лишь некоторые из них: ФГБУ «Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН», ФГБУ «Институт океанологии им. Ширшова» РАН, АО «Концерн Морское подводное оружие — Гидроприбор», ФГУП «ОКБ океанологической техники РАН», АО «Тетис Про», сообщает «Коммерсант».

Можно сделать вывод, что в России хорошие наработки по использованию морских роботов в военных и научных целях, но небольшой опыт по проектированию аппаратов для коммерческого использования, в том числе и в нефтегазовом секторе.

Необходимость перемен понимают и на государственном уровне. Ещё в 2015 году на базе Фонда перспективных исследований был создан Национальный центр развития технологий и базовых элементов робототехники. В его задачи входят мониторинг, координация, организация, а также методическое сопровождение работ, направленных на создание ключевых технологий создания элементов робототехники специального назначения.

Тем не менее процесс идёт не так быстро, как хотелось бы. В 2018 году авторы обзора выделили несколько препятствий на пути развития морской робототехники в России. Среди них отсутствие единой нормативной базы в части создания и эксплуатации; несовершенство технологии искусственного интеллекта; технологические сложности создания объектов морской техники и сложные условия эксплуатации; отсутствие у потенциального покупателя понимания необходимости использования роботов. Впрочем, за прошедшие несколько лет многое изменилось.

Российский робот — кейс «Газпрома»

В первую очередь это относится к последнему пункту, сегодня российские нефтедобывающие компании волей-неволей должны уделять внимание развитию морской робототехники, ведь от этого зависит их конкурентоспособность на внутренних и мировых рынках.

В роли первопроходцев выступил всё тот же «Газпром». В декабре прошлого года заместитель председателя правления компании Виталий Маркелов во время совещания с вице-премьером Юрием Борисовым назвал создание подводной робототехники одним из приоритетных направлений импортозамещения в топливно-энергетическом комплексе России.

«В качестве примера можно назвать разработку телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА) тяжёлого класса для выполнения подводно-технических работ при обустройстве и эксплуатации объектов подводной добычи. Результаты проекта будут также востребованы на лицензионных участках и других компаний, таких как «Роснефть», «Лукойл».

И с целью реализации этого проекта необходимо заключение Минпромторгом России государственного контракта с ОСК (Объединенной судостроительной корпорацией) на выполнение опытно-конструкторской работы по созданию комплекса с ТНПА в рамках реализации государственной программы «Развитие судостроения», — привёл слова Виталия Маркелова «Интерфакс».

Пока ожидается, что у аппарата будут следующие характеристики: глубина погружения составит до 3 тысяч метров, масса до 100 тонн, температура эксплуатации — от +20 °С до +50 °С. Во время презентации проекта в «Газпроме» сообщили, что опытный образец комплекса с ТНПА может быть создан в 2024 году, а головной серийный образец — в 2025 году.

На острие прогресса

К каким высотам нужно стремиться отечественным конструкторам морских роботов? И с какими проблемами предстоит им столкнуться на этом пути? Пожалуй, главная задача — создание полностью автономного морского робота. Долгое время этот процесс тормозило несовершенство технологии искусственного интеллекта. Однако «Индустрия 4.0» развивается семимильными шагами, и сейчас конструирование полностью автономных машин стало куда более лёгкой задачей.

Важно, что эти технологии есть на вооружении российских компаний. В октябре прошлого года «Газпром нефть» и «Газпром бурение» заключили меморандум о сотрудничестве для создания первого российского роботизированного бурового комплекса.

В создании его прототипа приняли участие «Газпром нефть», «Уралмаш НГО Холдинг», Yandex.Cloud и компания «Битроботикс». Этот проект представляет интерес и в свете изучения морской робототехники, так как роботизированную буровую установку планируют использовать для строительства нефтегазовых скважин, в том числе и на морских месторождениях.

«Использование систем искусственного интеллекта позволяет ощутимо повысить эффективность разработки трудноизвлекаемых запасов, строительства сложных высокотехнологичных скважин. Мы готовы участвовать в процессе роботизации спускоподъемных операций для строительства нефтяных и газовых скважин, данный процесс создаст надежные предпосылки для модернизации текущего эксплуатируемого парка буровых установок и поможет повысить качество оказываемых услуг по бурению», — сказал генеральный директор ООО «Газпром бурение» Дамир Валеев.

Создание полностью автономных морских роботов автоматически решит ещё одну сложную проблему, связанную с обеспечением качественной связи с аппаратом. В воде практически не работает Wi-Fi, крайне затруднено распространение электромагнитных волн, сложно использовать оптический канал.

«Для связи с подвижными аппаратами приходится прибегать к помощи электромагнитных колебаний (ЭМК) низких частот или в качестве переносчика сигналов использовать гидроакустические колебания звуковых и ультразвуковых частот. При этом необходимо учитывать, что в морской воде и электрические, и гидроакустические колебания с повышением частоты нелинейно ослабляются и, как следствие, с увеличением глубины погружения подводного аппарата резко затухают.

Поэтому для связи с глубоко погружаемыми аппаратами стремятся использовать как можно более низкий диапазон частот. К сожалению, очень низкие электромагнитные колебания большой мощности, необходимой для осуществления радиосвязи с глубоко погруженным аппаратом, создают вредную для человека электромагнитную экологию…

Приходится одновременно решать задачу непричинения вреда экологии водной среды», — пишут в своей статье «Особенности связи с глубоководными подвижными морскими аппаратами» учёные В. И. Дорошенко и Э. Л. Солнце.

Сегодня очевидно, что дальнейшее устойчивое развитие нефтегазового комплекса России крайне проблематично без серьёзных инвестиций в морскую робототехнику. С одной стороны, есть веские основания для оптимизма: солидные научные традиции, внимание со стороны государства и крупных корпораций. С другой — негативное влияние оказывают наложенные на Россию санкции, давят временные сроки.

Стоит учитывать, что несмотря на накопленный опыт в морской робототехнике, создание промышленных роботов для нефтегазового комплекса — задача для российских предприятий новая. В этом свете успех или неудача проекта «Газпрома» по созданию первого российского морского робота для работы на шельфе приобретает особое значение для всей нефтегазовой отрасли страны.

Текст: Андрей Халбашкеев