автореферат диссертации по геодезии, 05.24.01, диссертация на тему:Разработка технологии геодезического контроля нефтепромысловых сооружений

Р Г Б О А Сибирская государственная геодезическая академия 2 0 ■ : ■

На правах рукописи УДК 528.48

Калюжин Виктор Анатольевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

05.24.01 "Геодезия"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1997 г.

Работа выполнена в Сибирской государственной геодезической академии.

Научный руководитель кандидат технических наук,

профессор Жарников В. Б.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Асташенков Г. Г. кандидат технических наук, доцент Редьков В.С.

Ведущая организация Сибирский научно-исследовательский

и производственный центр геоинформации и прикладной геодезии (Центр "Сибгеоинформ") Федеральной службы геодезии и картографии Российской Федерации.

/¡гСо

Защита состоится 1997 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 064.14.01 в Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) по адресу: 630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 10, СГГА, аудитория 403.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Авторефера;

Ученый диссер

£>$-„ 1997г.

Середович В. А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Обеспечение эффективной работы нефтегазодобывающего комплекса с целью снижения стоимости разведоч-но-промысловых работ, повышения эффективности эксплуатации и экологической безопасности является одной из важнейших задач, определяющей современные приоритеты науки и техники.

Важное значение при решение таких задач имеет своевременная техническая диагностика нефтепромысловых сооружений и оборудования, в том числе на основе геодезических методов контроля геометрических и кинематических параметров, позволяющих дать надежную основу их комплексной оценки.

Основы теории изучения деформаций и осадки инженерных сооружений геодезическими методами заложены в трудах П.И.Брайта, Н.Г.Видуева, Н.Н.Лебедева, Г.П.Левчука, М.С.Муравьева.

Большой вклад в разработку принципов, технологии, методов и средств измерений деформаций объектов внесли ученые и практики Г. Г. Астаиенков, П. И. Баран, М. А. Боков, И. В. Васютинский. М. А.Г'о-лендухин, А.Н.Гридчин, Ю.П.Гуляев, В.Б.Жарников, Б.Н.Жуков,

A.М.Зеленский, В.Г.Конусов, И.В.Лесных, Д.ill.Михелев, В.Е.Новак,

B. К. Панкрушин, М. Е. Пискунов, И. В. Рунов, Г. А. Уставич, Х.К. Ямбаев и др., научные труды которых составили теоретическую основу разработки современных методов и средств геодезического контроля.

Анализ нормативной и технической литературы показывает, что существующие методы и технологии технической диагностики, в том числе геодезические, не в полной мере решают необходимые задачи оценки технического состояния указанных объектов, что приводит к излишним ремонтно-профилактическим работам, а иногда к серьезным авариям.

Данное обстоятельство, а также более чем пятилетний опыт работ на объектах п.о. "ЛУКойл-Лангепаснефтегаз", начало которым было положено с целью предотвращения необратимых изменений в конструкциях основных нефтепромысловых сооружений, послужили основой для разработки настоящей диссертационной работы.

Целью работы являлась разработка комплексной технологии геодезического контроля геометрических и кинематических параметров нефтепромысловых сооружений, обеспечивающих нормальный режим

эксплуатации в условиях Тюменского Севера и уменьшение риска технических аварий и их экологических последствий.

Для достижения поставленной цели:

- выполнен анализ требований, предъявляемых к геометрическим параметрам нефтепромысловых сооружений, и соответствующей нормативно-технической литературы;

- выполнен анализ методик производства инженерно-геодезических работ на нефтегазодобывающем предприятии;

- разработана и исследована методика расчета точности геодезического контроля нефтепромысловых сооружений;

- разработана и исследована технология исполнительной съемки с целью оценки технического состояния нефтепромысловых сооружений с геометрической точки зрения;

- усовершенствована и исследована технология наблюдений за осадкой и деформацией нефтепромысловых сооружений;

- разработан и исследован алгоритм математической обработки определения основных геометрических параметров нефтепромысловых сооружений.

Методы исследования. Основаны на теории: надежности, математической статистики, прикладной геодезии, математической обработки геодезических измерений и анализе результатов экспериментальных и опытно-производственных работ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложена методика расчета точности геодезического контроля геометрических и кинематических параметров объектов нефтегазодобывающего производства;

- разработана и исследована технология определения геометрических и кинематических параметров деформаций нефтепромысловых сооружений;

- разработан и исследован алгоритм математической обработки определения основных геометрических параметров нефтепромысловых сооружений.

Практическая ценность работы. За шестилетний период ведения геодезических работ (с 1990 г. по 1996 г.) на объектах п.о. "ЛУ-Койл-Лангепаснефтегаз" разработанная технология геодезического контроля геометрических параметров нефтепромысловых сооружений апробирована и внедрена в трех НГДУ: "Урьевнефть", "Ласъеган-нефть"(г. Лангепас) и "Покачевнефть"(г.Покачи). Результаты выпол-

ненных исследований включены в курс дисциплины "Инженерная геодезия" для специальности прикладная геодезия и городской кадастр в Сибирской государственной геодезической академии.

Апробация и публикация результатов исследований. Основные результаты работы докладывались в 1989 году на XXXIX Научно-технической конференции НИИГАиК и НОВАГО, в 1994 году на ХЫ1 Научно-технической конференции преподавателей НИИГАиК, в 1995 году на ХЬУ Научно-технической конференции преподавателей СГГА, Международной конференции "Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении". Международной конференции "Сферы применения СРБ-технологий", в 1996 году на ХШ Научно-технической конференции преподавателей СГГА. Основное содержание диссертации опубликовано в десяти научных работах, в том числе в четырех научно-технических отчетах по НИР.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 260 страниц. В диссертации представлены 20 таблиц, 16 рисунков и 16 приложений. Список литературы включает 125 наименований.

Содержание работы

Во введении сформулирована актуальность, определены цель, задачи и методы исследований, приведена общая характеристика диссертационной работы.

В первом разделе на основе анализа содержания технологических процессов добычи и обустройства месторождений нефти разработаны важнейшие компоненты технологии геодезического контроля, в том числе предложена категория контроля (табл.1), установлены основные контролируемые параметры и необходимая точность их определения, определены предпосылки разработки и совершенствования геодезических методов.

На основе анализа нормативно-технической и специальной литературы установлено:

1) при сборе и подготовке нефти важнейшими нефтепромысловыми сооружениями являются резервуары для переработки, хранения, отпуска и учета добываемой нефти. Резервуары вертикальные свар-

ные (РВС) представляют собой стальные цилиндрической формы емкости, вместимостью до 50 тыс. м3, смонтированные на монолитном фундаменте сложной конструкции;

2) основными контролируемыми геометрическими параметрами РВС являются:

- отклонение величины радиуса стенки от проектного значения;

- отклонения образующих стенки от вертикали;

- отклонения наружного контура окрайки днища от горизонтальной плоскости;

- положение и размеры выбоин и пустот в отмостке.

Таблица 1

Категория геодезического контроля объектов на нефтегазодобывающих комплексах

Катег. контр. Общие качественные признаки

I Все здания и сооружения основного производственного назначения (скважинное оборудование и коммуникации)

II Отдельные здания и сооружения вспомогательного производственного и обслуживающего назначения (дымовые трубы кирпичные и железобетонные, нефте- и газопроводы, резервуары более 20 ООО м3)

III Все крупногабаритное оборудование производственного назначения (теплообменная аппаратура и печи, агрегаты для перемещения газа, жидкости, компрессоры, насосы и резервуары для товарной нефти от 2 ООО -- 10 ООО м3)

IV Средства технического оснащения зданий, сооружений и оборудования( краны и подкрановые пути, монорельсы и резервуары для товарной нефти и воды, от 200 - 2 ООО м3, теплопроводы, водопроводы, канализационные сети)

Одной из основных задач, возникающих при геодезическом контроле геометрических параметров РВС и другого оборудования, является расчет необходимой точности их определений (измерений).

Для решения поставленной задачи рассмотрен подход, основанный на соответствии точности измерений с установленными эксплуатационными допусками.

Требуемая точность определения (измерения) геометрических параметров функционально связана с величиной эксплуатационного допуска при помощи понижающего коэффициента точности (геодезического контроля) Сп:

где бэ - эксплуатационное предельное отклонение; 5Г - предельное допустимое отклонение определения геометрического параметра.

Достоинством выражения (1) является простая форма обоснования точности, а уязвимым местом - неопределенность и даже субъективность выбора величины коэффициента С„, значение которого варьируется в интервале 0.1-0. 5.

Геометрическая интерпретация геодезического контроля возникновения постепенного отказа (на примере износа) инженерного сооружения позволила установить функциональную зависимость коэффициента точности от степени износа (состояния) объекта.

где С„ - значение коэффициента точности при бфак=0; бфак ~ фактическое значение основного параметра.

Использование формулы (2) обусловливает определение Сп для первого периода жизненного цикла изделия (объекта).

Рассмотрено построение доверительного интервала для контролируемого параметра 5фак при М(бфак) = бэ и известной средней квадратической ошибки геодезического контроля гаг. Доверительный интервал построен на основе интеграла вероятностей:

5Г = С„ • 5Э,

(1)

Сп1=Сп-(1-^) ,

Оэ

(2)

£

Ф(1° = -) = Р{|бэ - 5фак I < Е>= в-

ГПг 1 1

С учетом выражений (1) и (3) получено

С„ < Кк . -|1

к."|1 - К,.с. |, (4)

где Кк.к.=1нА°; Кт.с.=бфак/5Э;

Кк.к,- коэффициент, категория контроля; Кт с - коэффициент, учитывающий техническое состояние объекта; У1, ^ - коэффициенты Стьюдента при нормировании точности и оценке геометрического параметра.

Отсюда следует, что в первый период жизненного цикла объекта значение Сп =0.67, а в других случаях Сп < 0.67.

Отметим также, что выражение (4) для коэффициента Сп включает две составляющие: аддитивную и мультипликативную. Первая отражает степень важности объекта, т.е. необходимую категорию контроля; вторая - состояние объекта.

Для получения окончательной зависимости, позволяющей рассчитывать Сп, учтено, что основным требованием при геодезическом контроле является достоверность полученных результатов, определяемая вероятностью ошибки второго рода Р'2. которая зависит от Сп и вероятности износа объекта РИЗНос-

С этой целью решена задача минимизации функции Р'2(Сп1,РИЗНос' имеющей следующий вид

ml11 Р'г (?ni. Ризнос) = max minP'z (Cnl, РИЗН0С)

1 износ

при условиях

Жп]

Cn [0,т]

P'zi Ссш • di; cn2, dj;... cnra, dj) < a

P'22(Cnl,d2;Cn2,d2;...Cnm,d2) < a Р'гп , dn; Cn2, d„; _ _. Cnm, dn) i cc

(5)

(6)

где a = 1 контроля.

бэ = const; \

Ризнос = (dj, d2, dn); (7)

Cn = (Cnl. cn2.... cnm); >

- доверительная вероятность геодезического

P: P

По полученным значениям параметров функции Р'2(Сп1,РИЗНос) с помощью аппроксимации полиномом первой степени определена функция Сп( РИЗНос):

при нормальном законе распределения контролируемых параметров

Сп = 0.579- ( 1 - РИЗнос)-Кк.к. : (8)

при равномерном законе распределения:

Сп = 0.667- ( 1 - Ризнос)'Кк.к. • (9)

Нормальный закон распределения применяется, когда при эксплуатации объекта возникают отдельные изменения геометрических параметров, вызванные различными случайными факторами.

Равномерный закон распределения используют в тех случая, когда заданы только границы допускаемых значений геометрических параметров и неизвестно действительное их распределение в пределах этих границ, а также при влиянии доминирующего фактора, равномерно изменяющегося во времени, на техническое состояние объекта.

В табл. 2 приведены значения коэффициента Кк к. для установленной категории контроля с учетом используемых уровней доверительной вероятности.

Таблица 2

Значение коэффициента категории контроля

Катег. контр. Довер. ве^оят Значение Кк. к.

нормальный закон равномерный закон

1 0.973 1.036 1.019

2 0.926 1.105 1.049

3 0.906 1.140 1.064

4 0.883 1.174 1.079

Далее в работе рассмотрены два случая назначения коэффициента точности Сп: при достаточной информационной обеспеченности о состоянии объекта и в условиях неопределенности.

Информационная обеспеченность процесса контроля присуща периодическому контролю инженерных сооружений и выполняемой на этой основе оценки технического состояния с использованием ."хо-

роших" моделей. В качестве базового примера рассмотрена широко применяемая в технике модель отказов типа "непревышений", использованная нами для оценки РВС.

С учетом выражения (9) и вероятности безотказной работы £ запишем окончательное выражение для расчета коэффициента точности

Сп = 0.667- Р- Кк.к. . (10)

Предложенная методика расчета Сп позволяет:

- формализовать расчет;

- учесть категорию контроля и состояние объекта;

- оптимизировать технологию на протяжении жизненного цикла объекта.

Для назначения Сп в условиях недостаточной информации о состоянии объекта применены критерии Лапласа и Сэвиджа, которые используются в теории операций при принятии решений в условиях неопределенности.

Критерий Лапласа

шах —Л U(Cnl, SK). (И)

Сщ кк-'

Критерий Сэвиджа

max min Uc (CnI, SK), (12)

Cnl ^K

где Uc(Cnl, SK) - матрица "сожалений", определяется выражением: Uc(Cnl, SK) = U(Cnl, SK) - max U(Cnl, SK), (13)

Pi

где Sk - техническое состояние объекта.

Установим уровень значимости принятия решения часто применяемый в математический статистике, равный 10 %, и учтем, что на практике основные конструкции зданий и сооружений эксплуатируются, в основном, до износа 60 %. Тогда по критерию Лапласа оптимальным значением коэффициента является Сп=0.30, а по Сэвид-жу- Сп = 0.20 и tH=2.5.

Таким образом, в условиях неопределенности точность геодезического контроля рекомендуется принимать равной 0.1 от величи-

ны эксплуатационного допуска.

Расчет требуемой точности определения основных геометрических параметров нефтепромысловых сооружений позволил определить, что средняя квадратическая погрешность геодезического контроля должна составлять при производстве планово-высотной исполнительной съемки резервуаров от 14 мм до 0.8 мм, а при наблюдении за осадкой и деформацией от 9 мм до 0.5 мм.

В диссертации выполнен анализ методов и способов диагностической исполнительной съемки и наблюдений за осадкой и деформациями РВС. На основе этого выбраны методы, технические средства и вспомогательные оборудования для производства геодезического контроля.

Во втором разделе продолжены исследования по разработке технологий геодезического контроля и, в первую очередь, технологии диагностической исполнительной съемки резервуаров для хранения и переработки нефти.

На основе анализа процесса измерений при определении основных геометрических параметров РВС определены элементарные погрешности. На этой основе разработана технология определения радиуса РВС косвенным методом с использованием стальной рулетки со средними квадратическими ошибками (СКО) 1 мм, 2 мм, 3 мм, 6 мм и технология геометрического нивелирования окрайки днища РВС со СКО - 0.6 мм, 1.0 мм, 1.5 мм, 2.0 мм, 3.0 мм, 5.0 мм, 10.0 мм.

В диссертации приведены технические характеристики, виды контроля и их предельно допустимые отклонения для соответствующей точности определения геометрических параметров.

Для определения формы резервуара выбран способ бокового нивелирования, в котором используется рейка-копир на магнитных колесах.

Высокая требуемая точность определения формы резервуара, сложные условия измерений определили при разработке технологии и методики использование метода статистических испытаний. Структурная схема реализации этого метода представлена на рисунке. Она состоит из 4-х блоков: I - исходные параметры, II - псевдоошибки измерений, III - моделирование, IV - статистические характеристики. Задача решалась в два этапа. На первом этапе выполняется исследование влияния основных ошибок факторов и формируется эскиз методики. На втором этапе осуществляется апробация и кор-

ректировка эскизного варианта.

Структурная схема разработки методики

г, lliv

В итоге для определения формы резервуара предлагается технология, которую возможно реализовать в виде специальных разрядов измерений с СКО 1 мм, 2 мм, 3 мм, 4 мм, 5 мм. Приведены технические характеристики таких измерений, виды контроля и их предельно допустимые отклонения.

Для априорной оценки точности бокового нивелирования при использовании других технических и эксплуатационных условий определена формула вычисления вероятной ошибки Л определения отклонений образующей от вертикали

А = 10. 012- С+0. 0487- Т-0. 044' V+0. 0263- dB+

1 , (14)

+0. 31--0. 01- s-0. 034 -h , (мм).

Здесь с - коллимационная ошибка; т - цена деления уровня при алидаде горизонтального круга; V- увеличение зрительной трубы; d¡5- неперпендикулярность коллимационной плоскости прибора к

плоскости горизонтально расположенной рейки; э - расстояние от прибора до РВС; 11 = Нст - Нок; Нст, Нок - отметки точки стояния и окрайки днища РВС соответственно.

Коэффициенты формулы (14) определены с учетом разнородности единиц измерений параметров.

Для обеспечения оперативной оценки технического состояния РВС (емкостью 5 ООО м3 и 10 ООО м3 сварного исполнения выполнение по типовому проекту 704-1-27) по одному из основных геометрических параметров предложены формулы: для определения уклонений образующей от вертикали

Д1,3 =-0.804-0!+0.924-II,+0.725-ДБ^; (15)

для определения уклонения высот точек окрайки днища от средней плоскости

ДЗср1 = 0.079-01+0.213-Д1-0.07-Д2-0.24-Д3+0.036-Д4+0.475-Д5

-0.53-Д6+0.296-Д7+0.132-Д8. (16)

Здесь 0^ номер образующей; П.,- номер пояса; ДБ01^- уклонение 3. точки на окрайки днища от средней плоскости; ^ ,...Д8 - отклонение образующей от вертикали на 1 ... 8 поясах.

При выводе статистических зависимостей (15) и (16) использованы результаты исполнительной съемки 30 резервуаров на объектах п.о."ЛУКойл-Лангепаснефтегаз".

Для уравнивания створных и линейных измерений при плановой съемке разработан алгоритм, в основу которого положен коррелат-ный способ метода наименьших кавдратов.

Сущность алгоритма заключается в следующем.

Пусть измерены (определены) значения радиусов резервуара на N поясах и определены отклонения образующих стенки резервуара в п сечениях. Тогда для каждого пояса, кроме первого, можно записать условное уравнение связи

1 = 1 13

И1 +--^ = 0 , (17)

где И1, Я3 - значения радиусов на первом и 3 поясах; п - количество образующих (сечений); Д13 - отклонение для 1 образующей от вертикали на 3 поясе.

Условное уравнение поправок тогда будет иметь вид

1 1 1 -

К1 + +--^ - Е5 + + (О) = 0 , (18)

П АСрз

где д - поправки к измерениям; о^ - невязка, равная разности вычисленного и измеренного (определенного) радиуса на 3 поясе.

За ошибку единицы веса принята ошибка измерения (определения) радиуса РВС д = шк , тогда Рн = 1.

1

(19)

Р

Д Хг

где

АЗ

X = - ,

тЕ

т - средняя квадратическая ошибка определения отклонения АЗ

образующих стенки резервуара от вертикали для 3 пояса.

При условии 1й = 0и5К1=0 поправка для отклонений об-

АСрз ,

разующих от вертикали на уровне днища определяется по формуле

20),

Ь 1 = - -— , (20)

Л N-1

а остальные поправки определяются по формулам

ш3 + д 1 0 А

«в3 = - . (21)

ш

АЗ

-X + 1

п

(о, + 0 1)-ш /п -X А До

д ---. (22)

AcpJ тдз

— I У 1

п

Поправка в 1 отклонение для о пояса определяется по формуле

а • п

а = ——--р . (23)

1 р ] 1=1 Aid

Для обработки и представления результатов планово-высотной съемки использован AutoCAD. В результате разработана форма представления и интерпретации результатов геодезических измерений.

Третий раздел содержит результаты исследований по проектированию схем и методики измерения контроля кинематических параметров (осадок и деформаций) основных объектов, обработке и интерпретации полученных результатов.

При контроле вертикальных перемещений резервуаров реализована высотная сеть состоящая из двух ступеней.

Точность нивелирования, характеризуемая средней квадрати-ческой ошибкой измерения превышения на станции т(Пср)ст, в этом случае определяется из следующих расчетов:

- на станции первой ступени

0.17-5га

ra(hcp)cr(l) = > (24)

где 5га - предельно допустимое отклонение на определение параметра "абсолютная осадка"; QH - обратный вес отметки "слабого" пункта первой ступени схемы контроля;

- на станции в сетях второй ступени

0. 20-бгв" 1

m(licp) ст (2) " ■ (25)

где 5ГВ - допустимое отклонение определения разности осадок взаимосвязанных конструкций объекта; С^ - обратный вес измеряемого превышения между взаимосвязанными конструкциями в наиболее "слабом" месте сети;

- в ходах связи для двухступенчатой схемы

0. 028' бга2 - 0.50-5ге2'К2

тиср) 1. г = _/---; (26)

. 2

где К, _ 2 - число станций нивелирования в ходе связи соответственно между первой и второй ступенями; К2 - число станций во второй ступени.

При расчете исходными данными являются:

- предельно допустимые отклонения на определение параметра деформации 6Г, назначаемые согласно состояния исследуемого объекта (срока эксплуатации) и категории контроля;

- геометрические характеристики нивелирной сети, определяемые на основании реализации А-оптимального плана. Для первой ступени выбирался 0н=тах{0н1} (марки), а для второй ступени 0[!=тах{0Л1} (превышение между марками) по формулам

Он!

"ни

От

% 11

(27)

где тН11, Шцц - средние квадратические ошибки отметки и превышения сети в наиболее "слабом" месте сети; ¡х - средняя квад-ратическая ошибка единицы веса после уравнивания.

На основе теоретических и экспериментальных исследований методов и средств контроля вертикальных перемещений нефтепромысловых сооружений в условиях Тюменского Севера предложено:

1) осуществлять закладку осадочных марок в местах, где наблюдаются максимальные деформации окрайки днища резервуара, выявленные по результатам исполнительной съемки;

2) целесообразно сократить вдвое количество осадочных марок от 12 до 6;

3) использовать в качестве осадочных марок гнездовой центр

(диаметром 9-10 мм);

4) использовать высокоточный нивелир с компенсатором типа Ni 005А (Iii 007) и комплект инварных реек РН-05 с нестандартными длинами (2.0 м, 1.0 м, 0.5 м). Рейки длиной 1.0 м и 0.5 м должны иметь штырьковую пятку;

5) использовать 4 специальных класса (разряда) геометрического нивелирования, обеспечивающие соответственно m(hcp)CT 0.10 мм, 0.20 мм. 0.50 мм, 1.00 мм (ГН-010, ГН-025, ГН-050, ГН-100). При выборе класса рекомендуется учитывать техническое состояние и режим эксплуатации РВС.

Для анализа устойчивости центров и обработки свободных нивелирных сетей, прежде всего высотной основы, в диссертации предложен простой способ.

Способ основывается на свойстве уравнений поправок, позволяющем разделить параметрическое уравнение поправок (28) на две части и представить его системой (29)

Vu =a13-5Hi + a31-6H3 + 113 ;

V^a^-SHj + 1,, vj =ad i' 5Hj + lj.

Здесь а13 и a31 -коэффициенты уравнений поправок; бН^ 5Н3- оп-ределяеше параметры (величины перемещений); 113- свободный член уравнения поправок, определяемый как разность измеренного превышения сети между двумя циклами; lj, 13- составляющие свободного члена параметрического уравнения поправок (28).

В результате возникает условное уравнение связи

11+ \} - 113=0. (30)

Решение уравнений (29) выполняется при введении условного уравнения связи (30) и дополнительного условия (Гельмерта)

I 5Hi =0. (31)

Веса Р(г)1 при неизвестных в (30), (31) по существу отражают вероятность устойчивости пунктов,а так как они являются неизвестными, принимается гипотеза о равной вероятности перемещений

(28) (29)

пунктов, т.е. Р(г)1=1. Три группы уравнений (29), (30), (31) решаются раздельно методом простых итераций. В первом приближении принимается

= 1-, = 1и/2. (32)

Для каждого пункта нивелирной сети составляется система нормальных уравнений , из решения которых определяются неизвестные по итеративной формуле

г+1 т -1 т г -1 г 6Н} = - САД РА ) Л^Ц = -Ы, ^ , (33)

где г - номер итерации; А - матрица коэффициентов уравнений поп--1

равок; И - обратная матрица коэффициентов нормальных уравнений; Ь - матрица свободных членов; Р - диагональная матрица весов измерений.

После решения системы нормальных уравнений (33) на каждом

~ г

1 пункте определяются искомые параметры с учетом выполнения дополнительного условия (31) по формуле

~ 2 2 Ъ

6Н± = 6Н| - 1/п [5Н! ] , (34)

где п - количество пунктов в сети.

Решению условного уравнения связи (30) предшествует определение матрицы-столбца свободных членов по формуле

Ь* =- Л^н/ , (35)

а затем вычисляются и 1-, для последующей итерации

1! = - (1! + 1-, - 11>3)/2. (36)

Далее свободные члены подставляются в формулу (33). Процесс приближений завершается при повторении вычисляемых параметров с заданной точностью. Поправки в разность измеренных превышений определяются по формуле

VI. 3= + 11.3).

(37)

Средняя квадратическая ошибка единицы веса /1 из уравнивания вычисляется по формуле

где к - количество измерений в сети; п - количество определяемых параметров; с! - дефект данных сети.

Апробация алгоритма показала его практическую эффективность и соответствие результатов уравнивания строгому способу.

Всю математическую обработку локальных нивелирных сетей на объектах предложено осуществлять в два этапа:

1) анализ устойчивости реперов высотной основы: - по результатам уравнивания свободной сети итеративным способом и применения критерия Проворова-Азарова

- или по методике Стороженко ( корреляционного анализа) при 8-и и более количестве циклов наблюдений;

2) уравнивание нивелирной сети с учетом результатов анализа устойчивости реперов высотной основы.

Диагностика технического состояния инженерных сооружений тесно связана с необходимостью математического моделирования протекающих в них процессов и явлений во время их эксплуатации, что позволяет установить как законы распределения неисправностей и отказов, так и выявить недостатки в конструкциях и режиме эксплуатации и наметить необходимые профилактические меры.

Для решения поставленной задачи в работе предложено выполнять анализ и интерпретацию деформационного процесса нефтепромысловых сооружений в пять этапов:

1) определение основных кинематических характеристик деформационного процесса;

2) определение значимости абсолютной и неравномерной осадки инженерного сооружения и сравнение их с допустимой величиной;

3) определение вероятности безотказной работы резервуаров по основным параметрам с использованием модели отказов типа

(38)

15Н± | =т1п;

(39)

"непревышений";

4) дисперсионный и корреляционный анализ факторов, влияющих на осадку исследуемого объекта;

5) прогнозирование деформаций инженерных сооружений на основе кинематической модели, предложенной Ю.П.Гуляевым.

Данная модель записывается в виде уравнений условного математического ожидания и условного среднего квадратического отклонения:

где tj, t2 - соответственно время конца периода основания прогноза и цикла, для которого вычисляется прогноз;

SiCtg/tj) - прогнозная оценка значения перемещения 1-го знака .(марки) при его исходном значении в конце периода основания прогноза, равном (tt);

S(t) - оценка математического ожидания процесса перемещения в момент времени t;

6S - среднее квадратическое отклонение;

rs - коэффициент корреляции.

Оценки параметров кинематической модели выполнялись посредством аппроксимации соответствующих статистических оценок,

(S, б3, г(t2/tj)). полученных для сечений процесса перемещений на периоде основания прогноза.

В работе представлены результаты использования разработанных технологий контроля на одном из центральных пунктов сбора нефти (ЦПС) п.о. "ЛУКойл-Лангепаснефтегаз", где выполнено 12 циклов наблюдений. Контролируемыми объектами являлись четыре резервуара (два объемом 5 ООО м3 и два по 10 ООО м3), сепаратор и четыре печи для нагрева нефти.

6s(t2)

SiCtg/tt) = S(tz) + re(tlft2) - CSt (tj) - Süi)]; (40)

6S (tj)

(41)

На основании анализа деформационного процесса оснований нефтепромысловых сооружений сделаны следующие выводы:

- величина осадки основания инженерных сооружений является значимой с Р=Э.90. При этом осадка контролируемых объектов происходит равномерно за исключением печей, где максимальное значение неравномерности достигает 16 мм;

- осадка нефтепромысловых сооружений на ЦПС не стабилизировалась с доверительной вероятностью 0.99, в то время как текущее техническое состояние резервуаров является удовлетворительным;

- за период наблюдений с 1990 г. по 1996 г. резервуары испытали четыре фазы осадочного процесса. В данный момент резервуары находятся в четвертой фазе, которая характеризуется формированием под фундаментом уплотненного ядра и образованием непрерывных поверхностей скольжения, приводящие к увеличению неравномерности осадки;

- основным фактором осадки объектов является срок их эксплуатации с доверительной вероятностью 0.99. Данное влияние можно описать полиномом второй степени для резервуаров и сочетанием первого с логарифмической функцией для остальных объектов. В то же время сезонное изменение уровня грунтовых вод и климатических условий обусловливает периодический характер осадки в весен-не-осенний период с амплитудой от 3.0 мм до 15 мм. Это влияние подчиняется синусоидальному для РВС-2, 3 и косинусоидальному законам для РВС-1,4, сепаратора и печей (табл. 3);

- изменение уровня нефти в момент проведения наблюдений неоднозначно влияет на осадку объектов, так как коэффициент корреляции данной зависимости находится в интервале 0.08-0.82 (табл.4). При этом данное явление, возможно, способствует размягчению и разжижению грунта;

- осадка основания сепаратора и печей для нагрева нефти, преимущественно, обусловлена вертикальными перемещениями резервуаров.

Таблица 3

Сезонное влияние на осадку

Объект т3 , мм Функция

РВС-1 2. 61 -3.958 БШЗСм) -10.287

РВС-2 3. 00 Б= 2.045 Б1п6(м)

РВС-3 4. 66 8= 1.801 Б1п6(м)

РВС-4 4. 01 3= 1.843 Б1п6(М)

Сепаратор 1. 42 Б= -3.940 Б1п(М)- 2. со С\! см

печь 268 1. 53 3= 6.693 СОЭЗ(М)- 2. 895

печь 260 1. 44 Б=- -3.233 БШЗСм)

печь 261 1. 48 Б= 3.583 С0Б4(М)- 2. 916

печь 266 1. 41 Б= 6.873 СозЗ(м)- 2. 702

Примечание: м - календарный месяц.

Таблица 4

Влияние изменения уровня заполнения нефтью на осадку

ш3 ша Уравнение

Объект мм мм Г регрессии

РВС-1 6.78 0.82 0.68 Б=-9. 801-1. 528-Ь

РВС-2 9.97 1.32 0.08 Б=-6. 630+0.199-й

РВС-3 3.02 0.60 0.52 3=0.441+0.734-11

РВС-4 4.15 0.61 0.82 Б=1.183-1. 720-И

Примечание:

11 разность уровней заполнения нефтью резервуара в первом и 1 цикле наблюдений.

По краткосрочному прогнозу на 1996 г. (табл.5, где представлена кинематическая модель осадочного процесса РВС) осадка основания резервуара составит от минус 28.9 мм до минус 62.4 мм

Таблица 5

Кинематическая модель прогноза вертикальных перемещений фундаментов РВС на Ласъеганском ЦПС

Уравнения

РВС-1

-7.930-1п(1)+38.600

Э =-1.781-з1п(1)+1.261-з!пЗ(1)+4.591- вШШ

б3 =0. 190 + 1.645Е-10- I;3

г3 =0.785-31.580/1

РВС-2

Б= 5.94Е-06-I2- 0.025-1

Б =-2.189- 31П(1) +4. 469- э1п4(1)-2. 031-з1п5(+и)

б3 =ехр(1. 811- з1п7 (Ъ)-2.124-з1п4Ш

=0.084-cos5(t)

РВС-3

Б= -1. 02Е-05- 1;г

Б =-6.281-31пЗ((;)

бз =0.242 +3. 768Е-07- 1г

Гз =4. 665-77. 882/1-0. 662- ШЦ)

РВС-4

-9.37Е-06-

Б —1.781-7. 687-этЗШ

бз =1/(438. 200/1+6. 351Е-08- Ьг )

г3 = 1.932-0.261- 1п (+2. 552Е-08-1;2

1

Примечание: t - количество дней.

(РВС-1, 3) и подъем фундамента сепаратора и печей от +8.7 мм до

+18.6 мм. Средняя скорость деформационного процесса составит +0.1 мм/мес. до минус 0.8 мм/мес. Для резервуаров и сепаратора осадочный процесс, в основном, будет протекать равномерно, а для печей неравномерность осадки составит 15 мм.

Результаты выполненных в диссертации исследований позволили эксплуатационной службе ЦПС разработать необходимые ремонт-но-профилактические мероприятия по устранению недопустимых величин деформаций нефтепромысловых сооружений.

При обработке и анализе деформационного процесса контролируемых объектов использовалась современная вычислительная техника, лицензионные программные продукты (MS Word, QPro, СУБД ParaDox, AutoCAD), а также авторские программы.

Заключение

Основные результаты выполненных исследований в диссертационной работе заключаются в следующем:

1) разработана методика расчета точности определения геометрических параметров нефтепромысловых сооружений и проводимых для этого геодезических измерений;

2) разработана технология геодезического контроля геометрических и кинематических параметров основных сооружений, в том числе

- контрольная исполнительная планово-высотной съемка резервуаров (РВС) с определением их формы на основе бокового и геометрического нивелирования;

- предложена формула расчета вероятной ошибки определения отклонений образующей стенки резервуара от вертикали;

- определена и исследована стохастическая зависимость между основными конструктивными элементами РВС: профилем окрайки днища и образующими стенки резервуара;

- усовершенствована и исследована методика наблюдений за осадкой и деформацией РВС;

- разработан и исследован алгоритм математической обработки определения основных геометрических и кинематических параметров нефтепромысловых сооружений.

Разработанная технология геодезического контроля доведена до уровня производственного применения и использована в п.о."ЛУ-

Койл-Лангепаснефтегаз" с 1990 г. по 1996 г. Результаты проведения геодезических работ подтвердили работоспособность технологии, которая принята за базовую в данном производственном объединении.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих работах:

1. Уравнивание повторных измерений итеративным способом: Межвузовский сборник научных трудов. /НИИГАиК. - Новосибирск, 1989. с. 69-75. (соавт. А.А.Юрин).

2. Разработка технологии геодезического контроля геометрических параметров промышленного оборудования: Отчет заключительный/ Руководитель В.Б.Жарников. ГР - N 0189.0050232: Инв.

N 029.00021562. - Новосибирск: НИИГАиК, 1989,- с. 124(отв.исп.).

3. Практикум по прикладной геодезии. Часть II . Учебное пособие. -Новосибирск. НИИГАиК, 1993. - с. 133 (соавт. А.С.Лукин).

4. Разработка и применение методов геодезического обеспечения нефтегазодобывающих объектов. Определение деформаций на Ласъеганском ЦПС НГДУ "Ласъеганнефть": Отчет заключительный/ Руководитель В.Б.Жарников. ГР - N 0190.001931: Инв. N029.40003109. -Новосибирск: НИИГАиК, 1993. - с.50(отв.исп.)

5. Выполнение наблюдений за осадкой и деформациями на Локо-совском ЦПС. Обском водозаборе, Ласъеганском ЦПС, ДНС- 1,3,5,7 НГДУ "Ласъеганнефть", ДНС-4, ДНС-3 Покачевского, ДНС Нонг-Еганс-кого, ДНС Южно-Покачевского месторождений: Отчет заключительный/ Руководитель В.Б.Жарников. ГР - N 0194.0007437: Инв. N 02950003045. - Новосибирск: СГГА(НИИГАиК), 1994.

с. 228(отв.исп.).

6. Аккредитация межвузовской региональной научно-производственной лаборатории и исследования геодезических приборов: Отчет заключительный/ Руководитель А.К.Синякин.- ГР N 0114.0005692: Инв. N 0295.0000492. - Новосибирск: НИИГАиК, 1994.

с. 53(отв. исп.).

7. Основные задачи, методы и технологии геодезического обеспечения эксплуатации нефтегазодобывающих комплексов. //Тез. докл. науч. -техн. конф. преподавателей СГГА.-Сиб.ГГА,-Новосибирск,1996. -с.61 (соавт.В.Б.Жарников).

8. Интерпретация и представление результатов геодезических наблюдений за состоянием оборудования нефтегазодобывающих комплексов. //Тез. докл. науч. -техн. конф.преподавателей СГГА. -Сиб. ГГА. - Новосибирск, 1996. - с. 75 (соавт. И. В. Комаров, Н.Я.Кизи-лова).

9. Разработка методики определения формы вертикальных резервуаров большой емкости.//Тез.докл.науч.-техн. конф.преподавателей СГГА.-Сиб. ГГА. - Новосибирск, 1996. - с. 76.

10. Уравнивание геодезических сетей приближенным способом. - Вестник, СГГА,- 1996.- Вып. 1. с.84-87.

Лицензия ЛР N020461 Дата выдачи 04.03.1997г. Подписано в печать 29.04.1997г. Объем 1.6 печ. л., 1.5 уч. издат. л. Заказ 38 Тираж 100

630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 8, РИО, КПЛ СГГА.