автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Локальный аэромониторинг и геоинформационные технологии в автоматизированном проектировании нефтегазопроводных систем

На правах рукописи

ТУЖИКОВ МАКСИМ ЕВГЕНЬЕВИЧ

локальный аэромониторинг и геоинформационные технологии в автоматизированном проектировании нефтегазопроводных систем

00345293В

Специальность 05.13.12.-«Системы автоматизации проектирования (нефтегазовая отрасль)»

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

л - г' г . ~ ;

Москва-2008

003452936

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

Анатолий Георгиевич Топчиев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Виктор Констанович Иванец

- кандидат технических наук, доцент Александр Михайлович Стаин

Ведущая организация - ОАО «Спецгазремстрой» ОАО «Газпром»

Защита состоится «10» декабря 2008 г. в_часов в ауд._на

заседании диссертационного совета Д 212.200.11 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина, по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан «_»_2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, доцент

И.Е. Литвин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение надежности и обеспечение промышленной безопасности нефтегазопроводных систем (НГС) требует проведения комплекса целенаправленных мероприятий как при проектировании, так и в процессе строительства и эксплуатации НГС. Одним из установленных факторов, приводящих к аварийности НГС, являются природно-техногенные процессы особенно проявляющееся на поверхности Земли в зонах разлома. Строительство НГС на территории России осуществляется и в этих районах. Для снижения аварийности НГС необходимы дополнительные требования к проведению инженерных изысканий. В числе применяемых методов для этих целей широко используются методы дистанционного зондирования (ДЗ). В настоящее время интерпретация дистанционной информации невозможна без применения современных геоинформационных технологий (ГИС-технологий).

Несмотря на неоспоримые преимущества имеющихся технологий ДЗ, получение дистанционной информации с космических и авиационных носителей на практике имеются значительные ограничения. Эти ограничения связаны с наличием облачности на используемых материалах, сложностями регулярного получения для конкретного региона изображений, искажениями на получаемой информации и пр. Поиск новых решений в практике получения дистанционной информации приводит к созданию технологий ДЗ, размещенных на летательных аппаратах малой авиации. Одним из методов ДЗ является система локального дистанционного мониторинга (СЛДМ).

Цель диссертационной работы заключается в разработке новых подходов получения аэрокосмической информации для формирования комплекса картографических материалов инженерно-геологической тематики (с учетом геодинамических процессов) на основе применения технологий ГИС, для целей проектирования НГС.

Основные задачи исследования:

• Анализ аварийности нефтегазопроводных систем территорий Среднего и Широтного Приобъя.

• Разработка структуры САПР НГС с учетом оценки природных и техногенных факторов при проектировании линейной части и точечных объектов нефтегазопровода.

• Обоснование необходимости наблюдений за природными и техногенными объектами НГС методом локального аэромониторинга.

• Анализ тактико-технических характеристик съемочной аппаратуры космических и авиационных платформ для обеспечения аэрокосмической информацией подсистем САПР.

• Разработка программы мониторинга нефтегазовых систем на основе метода СЛДМ для обеспечения данными проектного процесса.

• Разработка методических подходов к формированию картографических материалов геодинамических процессов на основе геоинформационных технологий.

Научная новизна по отдельным направлениям заключается в следующем:

• На основе анализа причин отказа НГС в Западной Сибири, показана необходимость при проектировании НГС учитывать разломно-блоковый характер строения геологической среды, обусловленный проявлением процессов геодинамических аномалий.

• В блоке САПР НГС «Проектирование линейной части» предложено развитие - производить оценку опасности и риска от современных геодинамических процессов.

• Разработаны научно-методические подходы применения СЛДМ для обеспечения аэрокосмической информацией САПР НГС.

• Разработана методика выявления факторов, приводящих к аварийности НГС, связанных с аномальными движениями в земной коре.

Защищаемые положения:

• Локальный аэромониторинг НГС обеспечивает данными подсистемы САПР ориентированной за отслеживанием природных и природно-техногенных процессов. В этой связи определен оптимальный состав съемочной аппаратуры, угол и высота съемки для выявления опасных геологических процессов.

• При проектировании НГС обеспечение механической надежности является наиболее ответственным фактором, для этих целей проводится анализ внешних воздействий на НГС, с учетом классификации участков местности. К числу подобных воздействий относятся аномальные деформационные процессы в зонах разлома.

Фактический материал. Тематика исследований автора основывается на разработках кафедры автоматизации проектирования сооружений нефтяной и газовой промышленности в области диагностики НГС дистанционными методами и применения современных средств САПР. Материалы лаборатории экологических проблем нефтегазового комплекса (НТК) ИПНГ РАН послужили научной основой для разделов диссертации, посвященных методам выявления зон повышенной аварийности НГС. Основой для методики оценки геодинамического риска при расчетах на прочность и устойчивость НГС являются работы д.ф.-м.н. Ю.О. Кузьмина.

Практическая значимость научных исследований.

Результаты диссертации использованы в работах по мониторингу газопроводных систем в зоне ответственности ООО "Мострансгаз".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: Международной научно-технической конференции "Нефть и Газ Арктики" (Москва, 2006); Всероссийской конференции «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности» (Москва, 2007); Международном научном конгрессе «Гео-Сибирь-2007» (Новосибирск, 2007); Первой международной научно-практической конференции «Мировые ресурсы и запасы газа и

перспективные технологии их освоения (WGRR-2007)» (МО, п. Развилка, 2007); Четвертом международном научном конгрессе «Гео-Сибирь-2008», (Новосибирск, 2008).

По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, из них две в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, основных выводов и списка литературы. Содержит 147 страниц машинописного текста, включая 12 рисунков, 8 таблиц и списка использованной литературы из 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Анализ негативных природных процессов, приводящих к отказу НГС и их учет в САПР

В Энергетической стратегии России на период до 2020 г. (официальный документ, утвержденный правительством РФ), отмечено, что одним из основных факторов, сдерживающих развитие нефтегазового комплекса, является повышенная аварийность инженерных объектов НТК.

Одним из факторов, приводящих к отказу НГС, являются современные суперинтенсивные деформации земной коры.

Исследования проявлений опасных природных процессов по отношению к инженерным сооружениям НГС осуществляются на базе теории природно-техногенных систем (ПТС), развитие которой связано с трудами Г.К. Бондарика, В.А. Королева, А.Л. Ревзона, В.Т. Трофимова, A.A. Цсрнанта и др. Под ПТС большинство авторов понимает совокупность форм и состояний взаимодействия компонентов природной среды с инженерными сооружениями на всех стадиях их функционирования от проектирования до реконструкции. Причины возникновения аварии НГС подразделяются на техногенные и природные. Техногенные аварии происходят в результате конструктивных недостатков объектов, нарушений технологии строительства и эксплуатации сооружений и оборудования. Природные факторы

возникновения аварий связываются с воздействием на НГС опасных природных процессов (климатических, гидрологических, геологических), развивающихся стихийно, без участия человека и его производственной деятельности. Вместе с тем в многочисленных исследованиях, связанных с выявлением причин аварийности нефтегазопроводов, значительно меньшее внимание уделялось процессам, которые происходят в недрах в связи с их освоением, В материалах по анализу причин аварийности нефтегазопроводов (Жданович, Кравцов, Никонов, Кузьмин, 2003; Кузьмин, Никонов, 1998; и др.) вводится понятие геодинамической опасности. К такому классу опасности относятся проявления современного аномального геодинамического состояния недр в форме суперинтенсивных деформаций (СД) в зонах асейсмичных разломов (Кузьмин, 1989; 1996; 2000). По результатам многочисленных повторных инструментальных наблюдений, проведенных на геодинамических полигонах под руководством Ю.О. Кузьмина, выделяются три основных типа аномальных современных движений земной поверхности в зонах разломов. На рис. 1 приводятся их основные характеристики, Наибольшей интенсивностью обладают аномалии типа у, амплитуды которых превышают на порядок амплитуды других типов аномалий, в то время как их горизонтальные размеры на 1-2 порядка меньше. Среднегодовые скорости деформаций для них также очень высоки и составляют величины 2-7 см в год. С учетом этих особенностей подобные аномалии получили название суперинтенсивных деформаций земной поверхности в зонах разломов (СД-процессов).

Анализ динамики аварийности промысловых сооружений на месторождениях Широтного Приобья, выполненный на основе фактического материала лаборатории экологических проблем НТК ИПНГ РАН, позволил выявить ряд характерных закономерностей в многолетнем и внутригодовом распределении аварийности НГС.

Многолетний ход

аварийности скважин за период 1973-1989гг. (всего более 1000 событий, суммированных по 15 месторождениям) связан с цикличными процессами, а именно удвоением количества аварий НГС каждые 5-6 лет по сравнению с предыдущим пиком, приходящимся

соответственно на 1973г. (начало разработки

месторождений), 1978 г. (около 50 случаев), 1984 г. (более 100 случаев) и 1989 г. (более 200 случаев).

Для объяснения

установленных закономерностей наиболее подходит механизм параметрического возбуждения аномальных деформаций в зонах разломов при разработке нефтегазовых месторождений, предложенный Ю.О. Кузьминым (1999). В рамках этого механизма формирование СД-процессов обусловлено изменениями параметров (модуля жесткости, коэффициента трения и др.) изначально нагруженной среды внутри самих разломных зон. Данные об амплитудах и скоростях современных деформаций земной поверхности в разломных зонах свидетельствуют о том, что выявленные разрывные нарушения, которые пересекают трассу трубопроводов Западной Сибири, следует отнести к зонам приемлемого риска. В этих зонах возможны

Типы аномалий |ш>К>1ьл№»Ъ 1 «т> Практические примеры аномалий и местоположение их источников Соотношение признаков

Тип у локальный изгиб »» Ah t ¡>h>mL ъ l - 0,1-2 им

V э V

тип Б Дифференцированные движения бортов разломов 0.П С-М), « hh-mL dT

> J

l » f> -10 KM

тип р регионлльный изгиб í-h С—3 fih<mL

"С- --'

к / L * lO •30 км

Рис, 1. Основные типы современных вертикальных движений земной поверхности в зонах разломов (по данным Ю.О.Кузьмина, 1996).

периодически повторяющиеся движения поверхности Земли, которые могут за период эксплуатации объекта привести к деформациям, близким к пороговым. Проведенный автором анализ работ П.П. Бородавкина(1990, 1989 и др.), В.П. Безкоровайного (1990, 2007) и др. по автоматизации проектирования НГС, а также изучение нормативной документации на инженерные изыскания в строительстве (СП 11-104-97, СНиП 2.01.09-91 и др.), где определен для относительных деформаций (просадок и наклонов) пороговый уровень в 10"4 - 10"3 позволил расширить техническое задание стадии изысканий и дополнить расчетом геодинамического риска маршрут «Проектирование линейной части» структуру САПР нефтегазопровода (рис.2).

Выполнение проектных процедур в маршрутах проектирования автоматизировано и реализуется на основе современных программных комплексов ГИС/[САО/Р1)М5]/С АН-систем. Предложенная автором методика на уровне разработки технического задания, учитывает обнаруженные новые факторы природной опасности и позволяет производить расчет рисков по ним (подсистема анализа природных процессов влияющих на аварийность) (рис. 3). Данные по инженерно-геологическим условиям (с учетом геодинамических процессов) с последующим формированием цифровой модели местности (ЦММ) становятся основой для дальнейших инженерно-конструкторских расчетов в подсистеме САПР НГС.

Информационно-методическое обеспечение этой подсистемы анализа природных процессов невозможно без получения аэрокосмической, картографической информации о ПТС и, следовательно, проведением мониторинга за объектами ПТС.

Рис. 2. Схема САПР нефтегазопровода с учетом геодинамической составляющей

Необходимость проведения мониторинга ПТС связано с тем, что существуют принципиальные ограничения на предсказуемость изменений подобных динамических систем. {Кравцов, ¡989;1997)

Разработка технического задания

Анализ природных процессов влияющих на аварийность

ХАРАКТЕРИСТИКА

ТЕХНОГЕННЫХ

ФАКТОРОВ

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ «КТОРОВ И ОЦЕНКА

ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ

\ 1-"

! ФОРМИРОВАНИЕ 1 ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ | МЕСТНОСТИ С УЧЕТОМ1 | ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ | I СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ;

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

|СА0/САМ£АБ1/ | система К

] Г

I I

ч >

Комплект конструкторско-технологической документации

¡Подсистема выбора материалов и сорта стали, \ расчета толщины стенхи,

■анализ устойчивости

_________±______

Подсистема проектирования противокоррозионного покрытия

Подсистема укладки

I нефтегазопровода

| пополнения банка данных ;

Подсистема анализа ,природных рисков и обеспечения ¡промышленной ¡безопасности

I I Автоматизированный банк ; | данных I

| консгрукторско-технологическо^ информации

Подсистема анализа температурных решлов

Подсистема !

' проектирсюзния катодной : и анодной защиты

1_

Рис. 3. Структурная схема автоматизированного проектирования нефтегазопровода

Любой прогноз во времени начинается с анализа наблюдаемого процесса у((), под которым подразумевается процесс, регистрируемый дистанционными и инструментальными методами. Наблюдаемый процесс у(1) не является тождественным реальному процессу х((), поскольку наблюдения всегда подвержены искажениями различной природы.

При рассмотрении проблемы предсказуемости приходится иметь дело с двумя процессами: наблюдаемым у (О и модельным г(1), тогда как реальный процесс остается в тени, так как он не подвергается прямой регистрации.

Для того чтобы характеризовать потенциальную предсказуемость, удобнее использовать безразмерную характеристику:

= (1) ЧУ2^2

которая представляет собой коэффициент корреляции между прогнозом и наблюдением спустя время г после начала наблюдения. Эта величина равна единице при т= 0.

В целом степень предсказуемости Б(т) можно рассматривать как степень сходства между наблюдением и прогнозом. Если высокую степень сходства (£>«1) рассматривать как свидетельство определенного, детерминированного поведения, а малые значения й(т) приписывать непредсказуемому, случайному поведению, то О(г) можно трактовать как степень детерминированности наблюдаемого процесса у(0 по отношению к модельному процессу г^).

В этом смысле проведение мониторинга за состоянием природно-техногенных объектов является необходимой и неотъемлемой задачей, позволяющей еще до начала строительства определить фонового состояния компонентов природной среды ПТС, а на этапах строительства и эксплуатации НГС отслеживать динамику состояния ПТС.

Непосредственно под мониторингом ПТС автором понимается система повторных наблюдений за изменением природных и техногенных объектов, а также прогноз последствий этих изменений в рамках заданного регламента.

Глава 2. Обеспечение аэрокосмической информацией САПР НГС на основе реализации метода СЛДМ

Системными исследованиями по применению аэрокосмических данных для проектирования и мониторинга трубопроводных систем в России занимались такие научно-исследовательские институты как ВНИИСТ, ПНИИС, НПО «Аэрогеология», «Гидропроект», «Фундаментпроект» и др.

Одна из основных задач в процессе проектирования НГС - построение на основе выбора альтернатив оптимального профиля нефтегазопровода решается на основе проведенного комплекса работ по инженерным изысканиям с дальнейшей разработкой ЦММ и тематических цифровых карт. Исходными данными для составления цифровых карт являются:

1. Аэрокосмические снимки среднего и высокого разрешения;

2. Карты природных условий: геоморфологическая, геологические, инженерно-геологическая, гидрогеологическая, физико-механических свойств грунтов;

3. Карты опасных инженерно-геологических процессов.

Существенной особенностью как постановки задачи, так и методов её

решения в данной работе является то, что при составлении цифровых карт до предложено учитывалось влияние современных геодинамических процессов, проявляющихся как на поверхности, так и в недрах при изменении состояния динамических систем. В этой связи построение профиля НГС становится возможным на основе формирования итоговой карты потенциальной геодинамической опасности ПТС.

Аэрокосмические снимки, получаемые со спутниковых систем Landsat, Spot, Ресурс-0, Ресурс ДК-1 и др., отличаются высоким пространственным разрешением, хорошим фотографическим качеством и могут применяться в качестве материалов для проектирования цифровых карт. Однако на практике информация со спутниковых систем имеет значительные ограничения, связаные с наличием облаков на используемых материалах космической съемки, искажениями информации при визировании и т.п. В этом смысле оперативный мониторинг природно-техногенных объектов НТК (например, наблюдения за природными процессами па территории прокладки трассы НГС) с помощью спутниковых систем становится проблематичным. Поэтому актуальной является задача создания системы наблюдений, основанной на применении малой авиации и сверхлегких летательных аппаратов, оборудованных портативными бортовыми комплексами

дистанционного зондирования, приемниками глобального спутникового позиционирования. Для получения исходных дистанционных данных для САПР НГС в рамках данной работы предложена технология «Система локального дистанционного мониторинга» (СЛДМ) на базе бортового комплекса «Биосфера ТМ».

В качестве концептуальной основы функционирования системы локального мониторинга, развиваемой в ведущих научных организациях России (РГУНиГ, МГУ, МФТИ и др.) под руководством А.Г. Топчиева, впервые принят примененный в практике ДЗ подход составления информации о ПТС в целом на основе суммирования данных о сс принципиально важных фрагментах, полученных на локальном уровне.

В результате выполнения экспериментальных работ определен оптимальный состав бортовой съемочной аппаратуры под задачи картографирования природных объектов ПТС, включающий:

• аэросъемочное оборудование: АФА-ТЭ, АФА 41 (фокус 200-500 мм);

• видеокамеру Sony DCR-PD 150 Р;

• спутниковую навигационную систему (GPS) GARMIN MapSourse;

• электронно-оптический визир, позволяющий отслеживать объект съемки на всем протяжении съемочного галса;

• маятниковый карданный подвес аэросъемочной аппаратуры в сочетании с демпферами и виброгасителями, обеспечивающий стабильное положение и сохранность бортовой аппаратуры.

Система обеспечивает покрытие высококонтрастной (пространственное разрешение 30-40 см) цветной телевизионной информацией (для АФА этот показатель составляет 10-20 см) с производительностью 15-25 кв.км/час при высоте съемки 400-500 м.

Реализация технологии локального аэромониторинга осуществляется в ходе выполнения разработанной программы мониторинга ПТС. На первом этапе реализации программы мониторинга ПТС на основе анализа комплекса

априорных данных составляется технический проект, включающий следующие разделы:

• цель и задачи, решаемые в ходе выполнения аэромониторинга ПТС;

• технические требования к бортовому комплексу и наземным системам измерений; расчет оптимальных параметров съемочных работ;

• требования к природным условиям выполнения мониторинга;

• составление циклограммы и перечня объектов мониторинга с детальной характеристикой их оптико-физических свойств;

• порядок согласования работ по аэромониторингу с режимно-контрольными органами.

К задачам СЛДМ природных процессов ПТС с целью предупреждения и прогноза аварийности в соответствии с ГОСТом 22.1.06-99 (Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов.), следует отнести как мониторинг за экзогенными геологическими процессами (оползень, обвал, карст, суффозия, эрозия, овражная абразия), так и с целью получения дополнительной, детальной информации по выявлению зон повышенной аварийности ПТС, связанных с СД-процессами.

В ГОСТе 22.1.06-99 прописано о необходимости регулярных наблюдений с опросом не реже одного раза: в год для районирования территорий по степени опасности проявления экзогенных процессов во времени для долгосрочного прогноза; в месяц для среднесрочного прогноза; в день, в час для детального районирования по степени оползневой опасности для краткосрочного прогноза (в зависимости от критичности ситуации). Таким образом, СЛДМ позволяет производить съемку опасных экзогенных геологических процессов в оперативном режиме для составления как долгосрочных прогнозов, так и средне- и краткосрочных прогнозов, практически при любых метеоклиматических условиях проведения летно-съемочных работ.

Экспериментальная проверка технических решений, положенных в основу программы мониторинга ПТС, осуществляется на втором этапе в

натурных условиях в ходе выполнения полевых и камеральных работ на контрольно-измерительных полигонах (КИП). На третьем этапе осуществляется интерпретация материалов локального и космического мониторинга с использованием геоинформационных технологий (ГИС), методов камерального дешифрирования, фотограмметрической обработки.

Расчет интервала времени ЛСП производится исходя из высоты и скорости полета.

Требуемая высоты полета расчитывается согласно формуле:

/г = о*0.7; (2)

где: h - высота полета аппарата (м); а - требуемая ширина захвата кадра (м). Временной интервал рассчитывается согласно:

й = 0.027 (3)

где: 8t - искомый интервал (с округлением вниз, сек); а - требуемая ширина захвата кадра (м); X - необходимое продольное перекрытие видеокадров в Pixshow (%); V- скорость летательного аппарата (км/ч).

Обработка данных, полученных методом локального мониторинга, произведена на базе серийного ПК и его периферии в составе дигитайзера, картографического сканера, цветного принтера и специального программного обеспечения (Maplnfo, MicroStation, Surfer и др.). Исходя из решения задач мониторинга природных процессов ПТС по данным локального мониторинга и космических измерений определились и некоторые особенности комплексной обработки и интерпретации данных для получения тематических карт, в соответствии с системно-аэрокосмическими подходами развиваемыми В.И. Гридииым (1994, 1989 и др.).

В качестве основных исходных материалов для выявления повышенной аварийности НГС используется комплект дистанционных, геолого-геофизических и контактных наземных измерений, включающий:

- разномасштабные аэро- и космические снимки разных лет съемки и топографические карты сопряженных масштабов;

- ландшафтные, геоморфологические и производные тематические карты детальных масштабов территории прокладки нефтегазопровода;

- табличные данные аварийности нефтепромысловых сооружений (местоположение и дата аварий).

Глава 3. Разработка комплекса картографических материалов на территорию прокладки НГС с применением технологий ГИС

Разработка методических подходов к выявлению зон повышенного геодинамического риска нефтегазопроводов может быть конкретизирована как разработка и апробация технологии геоинформационного картографирования за мониторингом ПТС, основными задачами которой являются:

• оценка исходного фонового состояния ПТС на стадии предпроектных работ;

• оценка состояния и динамики природной среды в зоне размещения НГС;

• выявление зон геодинамического риска территорий ПТС на основе комплексного анализа природных и техногенных факторов;

• информационное обеспечение прогноза аварийных ситуаций НГС.

В этой связи комплексирование аэро- и космических методов, обеспечивающее значительный прирост необходимой информации о линеаментно-блоковой структуре (ЛБС) земной коры в комплексе с традиционными методами, позволяет создать физико-геологические модели качественно нового содержания на основе слоисто-блокового строения геологических объектов на разном иерархическом уровне, учитывающие и фактор геодинамической опасности ПТС.

При проектировании НГС проводится анализ внешних воздействий на него в течении всего его жизненного цикла. Некоторые участки являются чрезвычайно ответственными с точки зрения конструкции, технологии строительства и эксплуатации и рисков. Для учета особенностей таких

участков при проектировании необходимо выполнить их классификацию. Она позволяет в зависимости от природных характеристик рассматриваемой части трассы нефтегазопровода определить спектр нагрузок, действующих на него. В существующих классификациях, разработанных П.П. Бородавкиным и О.Б. Шадриным (КБШ), АвМЕ-В 31.8, также в СНиП 2.05.06-85 «Магистральные трубопроводы» и др., влияние СД-процессов не учитывается.

В этой связи для учета этих процессов при проектировании НГС предложена методика оценки геодинамического риска и геодинамической опасности основанная на разработках Ю.О. Кузьминым.

Когда имеют место СД-процессы в зонах асейсмичных разломов, необходимо детально рассмотреть как формируется негативное воздействие аномальной геодинамики разломов на ПТС. При оценке геодинамической опасности объектов ПТС наибольшее негативное воздействие на них будут оказывать именно СД-процессы, так как последние достигают аномально высоких деформаций, соизмеримых с порогом разрушения (см. гл.1), за сравнительно короткое время (соизмеримое с периодом эксплуатации нефтегазопровода).

Полагая, что геодинамическая опасность есть вероятность появления СД-процессов в данном месте и в данное время, можно подойти к количественной оценке геодинамического риска.

В трактовке Ю.О. Кузьмина, любой риск есть математическое ожидание ущерба.

В таком случае оценку геодинамического риска Я (СД-риска) можно проводить в рамках следующей формулы:

^-Рсд ■ Ру ■ С; (4)

где: Рсд - есть геодинамическая опасность; Ру - вероятность того, что данный уровень СД-процессов окажется достаточным для вывода объекта риска из нормального функционирования (уязвимость объекта); С - ущерб,

обусловленный либо стоимостью объекта, выведенного из эксплуатации, либо расходами по проведению превентивных мероприятий.

Согласно чему геодинамический риск (СД риск) есть вероятность появления современных СД-процессов, способных к выводу объекта риска из режима нормального функционирования, сопровождающегося материальным ущербом (Кузьмин, 1999).

Классификация территории по степени геодинамической активности возможна на основе анализа ЛБС методами ДЗ проводится на основе применения современных ГИС-технологий

Методический подход к разработке геоинформационных картографических баз данных (далее ГИС), позволяющих производить анализ территорий ПТС, расчет геодинамического риска на картографической основе, выдвигает ряд специальных требований к виду, содержанию и форме представления используемой информации. В первую очередь это обязательная сопряженность (по масштабу, проекции и контурам) всех составляемых карт, что обеспечивает при их совместном анализе непротиворечивость и преемственность содержания и одновременно исключает дублирование информации.

Разработке картографического обеспечения автоматизированных систем слежения за природными процессами ПТС посвящены работы А.Г. Топчиева, В.В. Лебедева, В.В. Кравцова, Б.А. Новаковского, А.И. Никонова, М.В. Переверзева, Е.В. Дедикова, H.H. Хренова и др.

Автором предложена следующая схема интерпретации материалов ДЗ с целью формирования геоипформационной картографической базы данных: систематизация исходных данных — инвентаризация — районирование — оценка (включая прогноз ожидаемых последствий).

На начальном этапе формирования картографической информации в рамках инвентаризации природных условий и особенностей техногенной нагрузки составляются базовые карты (рис.4.), представляющие

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Аэро- и космические снимки, топографические и тематические карты, проектно-изыскатльские, геолого-геофизичесш, кадастровые и др. архивные данные, данные локального геоэкологического мониторинга, технические параметры нефтегазопровода диаметр трубы, материал и сорт стали и т.д.), наблюдения за динамикой ПТС и т.п.

_I_

БАЗОВЫЕ КАРТЫ

Карта рельефа территории, Геокриологическая карта, Геоморфологическая карта, Геологическая карта, Геобатоническая карта, Инженерно-геологическая карта, Гидрогеологическая карта, Физико-механических свойств грунтов

___________1__________________

СПЕЦИАЛЬНЫЕ КАРТЫ

Карта зон разломов, Карта развития негативных геологических процессов, Карта техногенного влияния на ПТС, Карта экологического состояния ландшафта на территории трассы нефтегазопровода

ИТОГОВАЯ КАРТА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ

Рис.4 Схема формирования слоев картографической геоинформационной системы слежения за геодинамически опасными процессами ПТС

основополагающую информацию общего содержания. Далее в целях функционального районирования, т.е. выделения относительно однородных по природным особенностям участков ПТС, строятся специальные карты, обладающие также разного рода прогнозной информацией. Наконец, заключительный этап комплексной оценки, включающей техногенную нагрузку, характеристики ожидаемой геодинамической опасности и др., сопровождается созданием итоговой карты геодинамической опасности.

ПРОЕКТНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ОБЪЕКТОВ ИГК

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ (региональный уровень) I. Аэрокосмические снимки 2 Тоио1-рафические карты 3. Тематические карты (геофизич полей, геологические. геочорфолотические. карты соплеменных движений)

Ныдсление ЛБС-рст нонального уровня и проведение геодннамического районирования герритории иследованнй

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

(локального уровня)

РАЗРАБОТКА СИСТЕМНО-КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ЗОН

1. Построение базовых карт, отражающих связь эндогенных и экзогенных процессов

2. (их) вы е-производные карты, отражающие влияние инфраструктуры объектов на ландшафтные условия и недра

3 Производные карты для выделения ЛБС и выявления потенциально опасных гсодинамичсских зон 3 I Карты уровня ¿еодинаиическаи опасности {районирование территории по апепсии опасности) 3 2 Пересечение и ти располо>« еиие объектов инфраструктуры (линегш ы\, гнощадных, точечных) вс'еодиналшчесьн опасных юнах .? 3. Карты потенциального ущерба от проявчепия аномальных геодинамических процессов на ииъешпил II! К (для кпррекишронки проектных решений)

Разработка струетуры баз данных и классификаторов

Создание цифровых карго! рафическнх моделей

Разработка аналитических методов ,

для выработки решений по эколого- \

промышленной безо»ясности объектов \

нгк :

ПРОЕКТ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ НГК

1. Меюдм слежения за развитием деформационных процессов при разработке месторождения и эксплуатацией трубопроводов

2. Регламенты проведения контроля за развитием опасных геодннамическнх процессов

Рис. 5. Схема выработки экспертных решений по природным процессам на основе ГИС-технологий

Структура оценки состояния нефтегазопроводных систем на этапе эксплуатации, на основе технологий ГИС, помимо параметров, характеризующих состояние природных компонентов, влияющих на техническое состояние трубопроводных конструкций и окружающую среду, должна отражать параметры, характеризующие состояние технических конструкций самого трубопровода (состояние гидроизоляции, степень коррозии, всплытие участков трубопровода, повреждение обваловки, пучение и деформации металлических конструкций и грунтов).

Таким образом, создаваемая на основе дистанционного и наземного мониторинга постоянно пополняемая ГИС позволяет определять и поддерживать экспертные решения, направленные на обеспечение экономически и экологически рационального функционирования НГС как это показано на рис.5.

Автором разработаны методические подходы к картографической геоинформационной системе, сориентированной на работу и обработку: • картографических баз данных;

•полученных аэро- и космоснимков в определенном спектральном диапазоне и регламентированных временным интервалов съемки;

•результатов мониторинга нефтегазопроводов с целью выработки экспертных решений.

Построение гсоинформационной базы данных НГС, включает в себя различные слои картографической информации по зоне определенной ширины в коридоре прохождения НГС и интегрируется с существующей атрибутивной базой данных (в том числе технических параметров), что позволяет осуществить оценку геодинамической опасности при проектировании НГС и обеспечить промышленную безопасность на этапах строительства и эксплуатации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты работы состоят в следующем:

• Анализ аварийности НГС на территории Широтного Приобъя подтверждает влияние нового фактора опасности - аномальных движений в земной коре.

• Разработана структура маршрутов проектирования САПР нефтегазопровода, в которой расширено техническое задание на инженерные изыскания с целью проведения геодинамического мониторинга и последующего учета данных о движениях земной коры в САПР НГС. Гак же на уровне проектирования линейной части НГС предложено производить расчет геодинамических рисков.

• Разработана программа совмещенного (космического и локального) ДЗ НГС учитывающая недостатки традиционных подходов к практике мониторинга НГС.

• Предложен оптимальный состав съемочной аппаратуры размещенной на бортовом комплексе «БиосфераТМ» под задачи картографирования природных и техногенных объектов для проектирования НГС.

• Разработан методический подход ДЗ нефтегазовых систем основанный .на принципе составления информации о состоянии ПТС в целом на основе суммирования данных о ее наиболее важных фрагментах, полученных на локальном уровне.

•Предложена методика расчета геодинамического риска, связанного с СД-процессами, для оценки геодинамической опасности проектируемой НГС.

•Разработаны научно-методические подходы получения комплекса картографических материалов геодинамических процессов, являющийся основой для формирования картографических слоев специализированной ГИС НГС.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Вопросы геоэкологии в спецификах освоения шельфа Арктики и прилегающих территорий/ Тез. докл. международной научно-технической конференции «Нефть, газ Арктики». М.: РГУ нефти и газа, 2006. - С. 244

2. Информационно-аналитические системы контроля нефтезагрязнений/ «Нефть, газ и бизнес». 2006, №7. — С. 56-61 (соавтор -Топчиев А.Г.)

3. Создание информационно-аналитических систем на геодинамической основе/ Тез. докл. Всероссийской конференции «Фундаментальный базис новых технологий нефтяной и газовой промышленности». М.: ГЕОС, 2007. - С. 245-246

4. Информационно-аналитические системы для решения задач геодинамического мониторинга природно-технических систем./ Сб. докл. 3-го международного научного конгресса «Гео-Сибирь-2007», Новосибирск: СГГА, 2007. - С. 143-147 (соавтор - Никонов А.И.)

5. Система локального аэромониторинга применительно к решению комплексных задач нефтегазовой отрасли./ Тез. докл. первой международной научно-практической конференции «Мировые ресурсы и запасы газа и перспективные технологии их освоения (WGRR-2007)». МО, п. Развилка: ВНИИГАЗ, 2007 - В 13 (соавтор - Топчиев А.Г.)

6. Проектирование геоинформационных систем по данным локального мониторинга в задачах диагностики нефтегазопроводов./ «Нефть, газ и бизнес». 2007, №5. - С. 52-54 (соавтор - Топчиев А.Г.)

Отпечатано в копицентре « СТ ПРИНТ » Москва, Ленинские горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус. www stprint.ru e-mail: zakaz@stprint.ru тел.: 939-33-38 Тираж 100 экз. Подписано в печать 01.11.2008 г.