Методика формирования комплекса морской транспортировки нефти для закрытых акваторий морей

В современных условиях нет такой отрасли хозяйства, в которой не использовались бы в той или иной степени нефть или продукты ее переработки. Постоянное увеличение объема ежегодного потребления нефти стимулирует повсеместную разведку, разработку и освоение месторождений. Не меньшую актуальность при этом имеют вопросы транспортировки добытой нефти на постоянно действующие и развивающиеся рынки сбыта.

Особый интерес представляет ситуация по добыче каспийской нефти и ее последующей транспортировке. Наибольшие запасы нефти располагаются в северной части Каспийского моря и на его восточном побережье (территория Республики Казахстан и ее экономическая зона), а также в районе «Бакинских камней» (южная часть Каспийского моря в экономической зоне Азербайджана), см. рис. 1.

Рис. 1 Зоны разработки месторождений каспийской нефти.

Что касается Азербайджана, то здесь имеются установившиеся пути транспортировки нефти на рынки сбыта. В Казахстане однозначных решений по поводу транспортировки нефти пока еще нет. Существует больше десятка возможных способов и путей транспортировки, выгодных для тех или иных политических сил. Часть из этих путей чисто трубопроводные, часть трубопроводные с применением морского транспорта. Так например, по заявлениям лидеров соответствующих ведомств в Казахстане, Азербайджане, а также в США и руководителей концернов, принимающих участие в добыче нефти и создании соответствующей инфраструктуры, наибольшее предпочтение отдается линии Актау-Курык-Баку-Тбилиси-Джейхан [110−112,114,116,117,123].

В настоящее время открыт очень важный трубопровод Баку-Тбилиси-Эрзурум-Джейхан (MEL ВТС/ОЭТ БТД), см. рис. 2, позволяющий транспортировать азербайджанскую нефть в обход России и Восточной Европы в крупный турецкий порт Джейхан. Данный порт позволяет принимать танкеры дедвейтом до 300 тыс. т.

I1, , .1I11.

Рис. 2 Трубопровод Еаку-Тбилиси-Джейхан.

Как бы то ни было, окупаемость любого нефтепровода зависит от количества прокачиваемой по нему нефти. Даже при условии наращивания мощностей по добыче нефти Азербайджаном не достигается объем, достаточный для окупаемости названного нефтепровода. Существует значительная заинтересованность в присоединении Казахстана к данному трубопроводу. В настоящее время достигнуты соглашения по данному вопросу, и Казахстан уже транспортирует нефть морскими танкерами из Актау на терминал Дюбенди, находящийся неподалеку от Баку. Далее нефть поступает в ОЭТ БТД. Следует отметить, что терминал Дюбенди работает на пределе своих мощностей.

Официально заявленный представителями терминала максимально возможный объем перевалки находится на уровне 10−12 млн. т. нефти в год. Согласно позиции Министерства Энергетики и Транспорта Республики Казахстан, планируется увеличение экспорта нефти на западное побережье Каспийского моря до 35 млн.т. нефти уже к 2015 году. В свою очередь, соответствующие ведомства Азербайджана предполагают следующие встречные меры:

• наращивание мощностей терминала Дюбенди с увеличением глубины подходного канала;

• модернизация терминала Сангачал;

• строительство нового терминала Шурабад, находящегося неподалеку от ОЭТ БТД и на кратчайшем морском расстоянии от порта отгрузки Актау либо от порта Курык. Предполагается использование выносных причальных устройств, см. рис. 3 [53,72,120].

В Сангачале предполагается постройка современных терминалов по приему морских танкеров дедвейтом более 20 тыс. т, перевозящих сырую нефть, создание соответствующих нефтехранилищ и углубление акватории порта до 9 м. В настоящее время терминал Сангачал работает на прием танкеров-продуктовозов, глубина акватории при этом 5 м (на 2002 г.). В районе поселка Курык (Казахстан) предполагается закупка и сооружение выносных причальных устройств (ВПУ), а также создание соответствующей современной инфраструктуры. На данный момент в п. Курык отсутствует инфраструктура, позволяющая начать отправку из него нефти. Местоположение этого порта выбрано так, чтобы обеспечить кратчайшее морское расстояние между Казахстаном и Азербайджаномэто обусловлено также тем, что глубины более 12 м начинаются здесь со стороны моря с наименьшего расстояния, ок. 3 км до побережья. о-е", Явдаиы".

Дстрахан,.

Саигачая.

Дяаджа о (куачилслий.

ОЧ * ', •ЩЯ8НКораиь.

Бендер-Терквмеи.

НоушеУр" • ¦Шш у / /'Л с Н и¦'/ д. -«в,. /'.'-, .-Т. ^?1. *'4IIВвлгв-Каспикекий / Дьекнеу.

•." •ЙГИ какая г. / ' ,/у^.

Г-:-" «И——у I Г» '••." Г:*—" -:'.'/'.

ЗУ Вузами- / у • // *.

1 \ ??^ * о'.д в • -у (^АграхвкскиСг ^ >—.

А 1 4 (фонов. Узвнь о * V «-"Кфрык. в в чкала^^Л» «-^ •'¦•¦•¦•:' • ,.

Ж ч V. • ч4 V х г * у-'- • * \ \ г УЧ^ггг^ % лк < V Щ ш.

Г / '^ЛБвкдаш Хл 1 Ч| ^.

•' > 1| Кара-Боч" Гол /Г, ,.

V. Х*НН ¦•Г (c)чДю6енди % ч ;

V гТуркменбаши.

Энзелш.

Рис. 3 Каспийское море.

В соответствии с последними рекомендациями ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова по проблемам транспортировки казахской нефти, планируется строительство наземного нефтепровода, соединяющего Актау и Курык. Затем по кратчайшему пути предполагается транспортировка нефти морскими танкерами из Курыка на один или несколько терминалов в Азербайджане. Таким образом, должен завершиться планируемый путь транспортировки нефти Актау-Курык-Баку-Тбилиси-Джейхан, что выведет казахскую нефть на мировые рынки сбыта [110,111].

Рассматриваются технические решения, предполагающие соединение порта Курык с Баку трубопроводом, проложенным по дну моря. Однако данное решение сопряжено в первую очередь с экологическими опасностями, так как данная часть шельфа находится в сейсмоопасной зоне. Возможность сейсмической опасности ставит под вопрос целесообразность прокладки такого подводного нефтепровода.

Итак, согласно описанной здесь ситуации в решении проблемы транспортировки казахской нефти, становится понятным особое внимание заинтересованных сторон к маршруту перевалки нефти Актау-Курык-Баку-Джейхан, на котором специальному исследованию должна быть подвергнута морская составляющая названной транспортной линии.

Любое транспортное направление требует обоснования не только типа судов, их характеристик и необходимого количественного состава, но и обоснования модернизации существующей береговой инфраструктуры, судостроительных и судоремонтных заводов, портов либо строительства нового терминала с использованием на нем современных технических средств погрузки/разгрузки.

Каспийский регион является уникальной замкнутой экосистемой. Учитывая большой планируемый объем экспорта казахской нефти (до 35 млн. т), необходимо создание здесь комплекса новых технических средств, позволяющих перевозить заданный объем нефти и имеющих наименьший эффект по загрязнению моря [30,71,86].

В настоящее время основные объёмы перевозки нефти на Каспийском море осущесгвляются морскими танкерами дедвейтом до 12 тыс. т. Обеспечение годичных объемов перевозок более 15 — 20 млн. т с использованием данных танкеров проблематично. Количество танкеров на линии вырастает до 20 — 25 единиц. Возникает, в связи с этим, необходимость в постройке более крупных танкеров дедвейтом 30 — 60 тыс.т.

Данная диссертационная работа посвящена решению задачи разработки методов комплексной оценки состава и экономической эффективности флота нефтеналивных судов и обоснованию требований к необходимой инфраструктуре, обеспечивающей транспортировку заданного количества нефти в замкнутом регионе на примере северовосточной акватории Каспийского моря.

Выбор темы в значительной мере обусловлен наличием большого количества экономических и технико-эксплуатационных данных по Волго-Каспийскому региону, позволяющих сформулировать пути решения проблемы транспортировки казахской нефти. При этом предлагается формирование методического аппарата в таком виде, чтобы он мог быть применен для решения подобной проблемы в любом аналогичном регионе.

Таким образом, цель диссертационной работы может быть сформулирована в следующем виде:

Разработка методического аппарата обоснования транспортно-технологического комплекса для перевозки нефти в ограниченной акватории моря на коротких линиях на примере маршрутов с северо-восточного побережья Каспийского моря на важнейшие из возможных рынков сбыта: Баку, Махачкала, и др. с учетом ограничивающих факторов (береговая инфраструктура, судостроительно-судоремонтные мощности, природно-климатические, гидрологические, навигационные характеристики региона) с позиции инвестиционной привлекательности по экономическому критерию.

Для достижения цели диссертационного исследования решаются следующие задачи:

1. Исследование политических, природно-климатических, сейсмических, инженерно-геологических, гидрологических характеристик рассматриваемого региона,.

2. Анализ существующих и перспективных транспортных потоков нефти в регионе,.

3. Альтернативные виды транспортировки нефти,.

4. Анализ существующей и необходимой береговой инфраструктуры в том числе судостроительной и судоремонтной базы,.

5. Формирование требований к технико-эксплуатационным характеристикам морских танкеров, приемлемых для рассматриваемого региона,.

6. Создание методики формирования транспортной линии: а) логистический анализ транспортировки нефти в Каспийском регионеб) определение капитальных затрат на создание транспортной линии и модернизацию элементов береговой инфраструктурыв) определение эксплуатационных затрат в обеспечение перевалки нефтиг) анализ возможного экологического воздействия транспортного комплекса на окружающую среду, оценка риска и возможного ущерба при возникновении аварийной ситуации. Разработка мероприятий по предотвращению (предупреждению) этих ситуацийд) обоснование экономической эффективности транспортной линии по глобальному критерию (себестоимость перевозки 1 т).

Постановка и решение этих задач основывается на основном принципе современной теории проектирования — принципе системной оптимизации, согласно которому оптимизация проектных элементов судна и его подсистем подчинены достижению максимальной эффективности судна как функционального звена в системе более высшего уровня (паромной линии, судоходной компании, транспортной системе региона, страны).

Объекты исследования:

Нефтеналивные суда, элементы береговой инфраструктуры, трубопроводный транспорт.

Методы исследования:

Проведенное исследование базируется на следующих научных методах:

— Базовые принципы системного подхода к исследованию сложных технических систем;

— Методический аппарат теории проектирования судов;

— Общие методы теории оптимизации судов;

— Статистические методы осреднения, сглаживания, экстраполяции при построении эмпирических зависимостей,.

— Метод нелинейного регрессионного анализа для разработки эмпирических формул.

— Элементы теории функционально-логистического и функционально-стоимостного анализа.

При выполнении вариантных расчетов и построении графических зависимостей использовались средства Microsoft Excel 2007.

Предмет защиты.

Предметом защиты в диссертационной работе является совокупность алгоритмов и методик выбора проектных и конструктивных решений по транспортно-технологическому комплексу перевозки нефти, включающих в себя:

• анализ и синтез условий создания транспортно-технологического комплекса, формирование базы лимитирующих параметров;

• аппарат обоснования экономической эффективности элементов транспоргнотехнологического комплекса по глобальному критерию.

• анализ технико-эксплуатационных характеристик морских танкеров, приемлемых для рассматриваемых условий эксплуатации;

Научная новизна.

Использование в аппарате обоснования экономической эффективности элементов транспортно-технологического комплекса следующих расчетных методик:

1. Алгоритм решения обозначенной народнохозяйственной задачи для замкнутого региона.

2. Результаты исследования особенностей транспортировки нефти на короткие расстояния.

3. Расчет капитальных и эксплуатационных затрат при обосновании элементов береговой и морской инфраструктуры.

4. Расчет экологических рисков, оценка ущерба от вероятного разлива нефти.

Практическая ценность работы.

Разработка методического аппарата формирования решения по морской фанспортировке нефти «под ключ».

Анализ данных по технико-эксплуатационным характеристикам морских танкеров, приемлемых для рассматриваемых условий эксплуатации.

Оценка инвестиционной привлекательности проекта в сравнении с альтернативными способами транспортировки нефти в условиях обозначаемых ограничений.

Реализация результатов и апробация работы.

По результатам исследований дан метод оценки себесюимости транспортировки нефти на Каспийском море.

Основные результаты работы используются в НМСК (Национальная морская судоходная компания) «Казмортрансфлот» (г. Актау, Казахстан) в вопросах экспертного анализа предлагаемых инвестиционных проектов транспортировки нефти.

Элементы методического аппарата использовались при разработке технического задания на формирование баржебуксирных перевозок камня на линии Баутино — р-н Кашаганского месторождения (северо-восточная часть Каспийского моря) для отсыпки островов. По результатам исследования спроектированы и построены в 2008 г. 4 баржи проекта МЕ2010 для компании ТОО «OMS Shipping» (г. Актау, Казахстан).

Публикации.

Основные положения методического аппарата опубликованы в журналах «Морской вестник» и «Вестник АГТУ», в том числе включенные в Перечень рекомендованных ВАК.

Результаты исследований были доложены на Международной конференции «Нева 2007».

Обзор выполненных исследований по теме диссертационных исследований.

В процессе подготовки диссертационной работы использовались разнообразные источники информации, которые можно условно разделить по нескольким направлениям:

Периодические журналы и справочники, специализирующиеся на тематике проектирования, постройки и эксплуатации нефтеналивных судов.

Периодические издания более широкого профиля, освещающие вопросы проектирования и эксплуатации судов различных типов.

Сборники докладов на международных конференциях, тематических выставках и т. д.

Исследования отечественных и зарубежных авторов, посвященные проблемам проектирования морских танкеров и их отдельных подсистем, разработке методов расчета различных параметров подсистем.

Работы, посвященные экономическому обоснованию проектных решений и экономическому анализу эксплуатации морских судов.

Работы, посвященные теории проектирования судна не только как инженерного сооружения, но и как функционального звена морской транспортной системы и оптимизации его элементов с учетом интересов этой системы.

Работы, связанные с определением экологических рисков судоходства и экологической безопасностью судна.

Научные труды и проекты отечественных ученых и конструкторов ведущих научно-исследовательских институтов и КБ.

Особое значение для данной работы имеют материалы ОКР и проектов ЦКБ «Балтсудопроект», данные по удельным стоимостным показателям ОАО «Выборгский судостроительный завод», ОАО «Балтийский завод», ООО «Невский судостроительный судоремонтный завод», ООО «АСПО», а также личное творческое общение с ведущими специалистами в отрасли.

Анализ исследований по проблемам разработки модели функционирования комплекса.

Проблема формирования состава транспортного флота, будучи весьма актуальной, не могла не получить своего отражения в специальной литературе. За последние годы опубликовано немало работ, в той или иной степени отражающих различные аспекты методологической базы и математического аппарата проектирования комплекса транспортных средств.

Исследуемая в рамках данной проблемы работа, относится к числу многоуровневых задач проектирования сложных систем морской техники. Для ее решения фундаментальное значение имеют идеи многоуровневого системного подхода к процессу проектирования судов, декомпозиции общей задачи проектирования на внешнюю и внутреннюю, изложенные в работах Ашика В. В. и Бронникова А. В [5,11−13]. Важное место занимает и монография Пашина В. М., в которой предложен аппарат оптимизации и согласования проектных решений, принимаемых на этапах решения внешней и внутренней задач проектирования судов [75]. Большой вклад в создание методологических основ системного подхода к исследованию проблем проектирования судов и технических средств освоения мирового океана, особенно на этапе решения внешней задачи, внес своими многочисленными работами Семенов Ю. Н. [88−90]. Немаловажное значение занимают работы Гайковича А. И. в области создания математических моделей сложных технических систем [22,23]. Большой фундаментальный вклад внесли работы отечественных исследователей: Бугаева В. Г. [14] -в области проектирования транспортных комплексовЦарева Б.А., Захарова И. Г., Худякова Л. Ю. [2,32,100−102] - в области проектирования судов.

Развитие методологии исследовательского проектирования на базе системного подхода, ее конкретизация применительно к проектированию различных комплексов технических средств освоения морских нефтегазовых промыслов получили успешное отражение в трудах Челпанова И. В., Крупнова Г. К., Ракова А. И., Семенченко А. Н., Горигледжана А. Е., Рыжковой E.H., Руденко М. С., Портного A.C., Агажановой Н. Ю. и др. [24,27,85,90].

Необходимо упомянуть работу Бреслава Л. Б., посвященную проектированию нефтегазопромысловой техники и касающуюся технико-экономических обоснований судов и плавсредств. В ней впервые в отечественной литературе получили полное отражение вопросы эффективности технических средств освоения океана, предложены различные критерии экономической эффективности, приведены возможные модели расчета себестоимости средств и их эксплуатационных затрат. Показана связь показателей.

19 качества с полезным эффектом [9ДО]. В вопросах современной экономической оценки судна и транспортных систем большое влияние оказали работы Вашедченко А. Н., Винникова В. В., Грицана А. Б., Краева В. И., Соколова В. П. и др., а также ряд работ зарубежных авторов [7,19−21,26,42,44,77,92,103,106,109].

Вопросы экологической безопасности и экологических рисков эксплуатации судов подробно представлены в работах Абчука В. А., Другова Ю. С., Измалкова В. И., [1,28,35] и ряда других, в том числе зарубежных авторов [16,33,47,61,64,67,74,973,108].

6.4 Выводы по главе.

По результатам проведенного исследования экономической эффективности ТТК перевозки нефти в замкнутом регионе могут быть следующие выводы:

• В рамках принятой постановки задачи диссертационного исследования обоснован критерий эффективности — себестоимость перевозки 1 т нефти. Данные критерий позволяет наглядно сравнить варианты ТТК и составы флота для челночных транспортировок в замкнутом регионе.

• Показано для Каспийского региона, что наименьшая себестоимость транспортировки нефти у варианта транспортировки нефти по направлению Курык-Шурабадпри минимальном количестве судов и максимальной грузоподъемности:

N = 4 судна Р = 60 700 т 1> = 9 уз slT = 2,92 $/т.

• Расчеты себестоимости перевозки нефти для существующих транспортных потоков и танкеров по разработанным алгоритмам дают сопоставимое значение с фрахтовыми ставками, действующими в Каспийском регионе: siT = 8 $/т, fjT ~ 10 $/т.

• Построенные расчетные алгоритмы позволяют разработать иной глобальный критерий в зависимости от решаемых задач.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящий момент задача транспортировки нефти с северо-восточного побережья Каспийского моря на основные рынки сбыта не решена в необходимом объеме. Транспорт нефти осуществляется через существующие порты на пределе потенциальных отгрузочных мощностей. Помимо того, отсутствуют методики, позволяющие формировать комплексно состав судов и соответствующую инфраструктуру для реализации нарастающих объемов транспортировок. В этих условиях актуальным явилась разработка комплекса мероприятий по решению проблемы транспортировки нефти с учетом возрастающих объемов экспорта и особенностей замкнутого региона. На примере комплексного анализа Каспийского региона разработан методический аппарат формирования транспортно-технологического комплекса перевозки нефти в закрытых регионах.

В ходе создания методического аппарата был решен ряд принципиальных задач и получены результаты, имеющие научную и практическую ценность, в числе которых:

1. Проведено комплексное исследование природно-климатических, гидрологических, сейсмических характеристик региона (на примере Каспийского региона).

2. Проведен комплексный анализ транспортных потоков и существующих транспортных мощностей, включая береговую инфраструктуру. Изучены существующие судостроительные и судоремонтные мощности региона. Проанализированы технико-эксплуатационные и удельные весовые характеристики морских танкеров потенциальной грузоподъемности для закрытого региона.

3. На примере анализа Каспийского региона сформирована «матрица» вариантов ТТК, учитывающая существующие ограничения и требования к модернизации инфраструктуры региона. Указанные требования предопределили необходимость разработки алгоритма расчета сопряженных затрат на модернизацию инфраструктуры и при этом расширили возможное поле значений проектных характеристик ТТК.

4. Разработана логистическая модель транспортировки нефти в закрытом регионе, связывающая между собой характеристики флота: количество судов, грузоподъемность, скорость. Изучены «узкие» места логистической модели, позволяющие на начальных этапах определить пропускную способность транспортной линии и требования к модернизации береговой инфраструктуры.

5. Разработаны расчетные методики формирования ТТК закрытого региона: расчет капитальных затрат, эксплуатационных затрат. В расчете стоимости судна учтены.

174 конструктивные особенности танкеров, характеристики региона и верфи-строителя, позволяющие в исследовании определить стоимость судна и флота, максимально близкую к контрактной цене. В расчете эксплуатационных затрат учтено максимально возможное количество статей, приближающее значение годовых эксплуатационных затрат к действующим значениям в регионе.

6. Произведен анализ возможного экологического воздействия транспортного комплекса на окружающую среду и разработан алгоритм расчета вероятного ущерба от аварийного разлива нефти. В основе алгоритма лежат заимствованные данные по вероятности аварийных событий с танкерами, а также особенности замкнутого региона и исследуемые характеристики танкеров. С учетом современных конструктивных особенностей танкеров рассчитанные значения финансовых рисков для Каспийского региона имеют незначительные значения. Разработанный расчетный алгоритм после корректировки входящих данных может быть использовании для другого региона.

7. С учетом особенностей челночной транспортировки в закрытом регионе построен и обоснован критерий эффективности варианта и состава ТТК: критерий себестоимости транспортировки 1 т нефти.

8. Па основе разработанных алгоритмов проведены массовые расчеты для возможных вариантов транспортировки нефти в Каспийском регионе: определены потенциальные составы флота, рассчитаны капитальные и эксплуатационные затраты. По критерию себестоимости транспортировки 1 т нефти определен экономически обоснованный состав флота.

9. Предложенный методический аппарат на примере Каспийского региона позволяет с учетом возрастающих транспортных потоков разработать требования к модернизации инфраструктуры и определить экономически эффективный по составу ТТК. При этом себестоимость транспортировки нефти может быть снижена с 8 $/т до 3 $/т (при возрастании грузопотока в 2,5−3,5 раза).

10. Проведенное исследование показало необходимость учета модернизации существующей инфраструктуры. Так при строительстве танкера, максимально отвечающего требованиям инфраструктуры Каспийского региона, транспортировка объема в 35 млн. т. невозможна (не хватает причалов). Себестоимость транспортировки 1 т нефти для того же танкера годового грузопотока в 25 млн. т в год на существующем направлении находится на уровне siT = 5,6 S/т. С учетом модернизации существующих' мощностей или строительства нового терминала, себестоимость транспортировки 1 т может быть уменьшена до Sj r = 3−4 S/т.

Материалы, разработанные по теме диссертации, могут быть использованы для технико-экономического обоснования транспортировок и решения внешней задачи проектирования в закрытых регионах. В расчетных алгоритмах применен упрощенный математический аппарат, позволяющий исследователю при корректировках исходных данных провести формирование аналогичных транспортно-технологических схем в другом регионе.

Применимость и практическая ценность результатов исследований подтверждаются актами внедрения ведущих операторов на Каспийском море: НМСК «Казмортрансфлот» и ТОО «OMS Shipping».