CC BY
220
УДК 528.475 Г.А. Гринь
ПТФ «Возрождение», Сургут П.П. Мурзинцев СГГ А, Новосибирск
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
G.A. Grin
«Vozrozhdenie», Underwater Engineering Company, Surgut, Russian Federation P.P. Mursinzev
Sibirian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plahotnogo St/Novosibirsk, 630108, Russian Federation
GEODETIC MONITORING OF OIL-AND-GAS PIPELINES IN WEST SIBERIA
In article problems on diagnostics of a technical condition of underwater transitions are defined. One-beam and multibeam recommendations about application are developed for the rivers of Western Siberia.
На территории Российской Федерации действует уникальная по протяжённости, сложности и производительности система трубопроводов для транспортировки природного газа, нефти и нефтепродуктов.
Эта система является одним из самых крупных инженерных сооружений XX века.
Трубопроводный транспорт по своей физической сущности и инженерным решениям наиболее безопасный способ доставки пожаровзрывоопасных жидких и газообразных углеводородов. Однако эта безопасность обеспечивается при выполнении целого ряда обязательных условий, в числе которых такие, как: соблюдение всех нормативных требований при проектировании, строительстве и эксплуатации
трубопроводных систем, использовании при проектировании и строительстве современных методов, использовании современных средств диагностики и мониторинга трубопроводных систем и т.д.
В системе обеспечения надёжности и безопасности трубопроводного транспорта наибольшую сложность представляют пересечения газопроводами и нефтепроводами рек, каналов, озёр и водохранилищ -подводные переходы или дюкеры.
Только на магистральных газопроводах ОАО «Г азпром» эксплуатируется 1620 переходов (2529 ниток общей протяжённостью в русловой части 1445 км), из них 253 перехода (483 нитки) через судоходные реки. На магистральных нефтепроводах насчитывается около 2 тыс. переходов через водные преграды. Ещё большее число подводных переходов на промысловых и распределительных трубопроводах.
С точки зрения взаимодействия с окружающей средой дюкеры через водные преграды являются наиболее уязвимыми и подверженными отрицательному воздействию со стороны природных факторов, участки трубопроводов. На каждом из этих участков при их строительстве всегда нарушается естественный природный процесс, а трубопроводы, в свою очередь, подвержены определённым специфическим воздействиям, зачастую труднопрогнозируемым.
Подавляющее большинство подводных переходов построено траншейным способом непосредственно в руслах рек и в водоёмах. Несмотря на достигнутые успехи в прокладке дюкеров таким способом, самому методу присущи недостатки, которые снижают уровень долговременной надёжности подводных переходов.
Участки подводных переходов, по указанным причинам являются постоянными зонами риска.
Аварии на подводных переходах наносят огромный экономический ущерб, а ликвидация аварий неизмеримо более трудоёмкий и долговременный процесс, чем на сухопутной линейной части.
Для безопасной работы подводных переходов трубопроводов необходимо выполнение качественного контроля при строительстве, а также производство регулярных обследований с применением самых передовых технологий.
Руководящим документом при мониторинге подводных переходов ОАО «Газпром» на данный момент является РД 51-3-96 «Регламент по техническому обслуживанию подводных переходов магистральных газопроводов через водные преграды».
В спектр задач по диагностике технического состояния подводного перехода входят следующие задачи:
1. Геодезический контроль планово-высотного положения
трубопровода на сухопутных (береговых) участках подводного перехода, включающий в себя также топографическую съёмку рельефа, ситуации в пределах охранной зоны трубопровода.
2. Геодезический контроль планово-высотного положения
трубопровода на подводных (русловых) участках подводного перехода.
3. Съёмка дна водной преграды (не только в пределах охранной зоны).
4. Обнаружение и предварительная оценка линейных размеров оголённых и провисающих участков подводного трубопровода и наличия посторонних предметов на дне.
5. Производство водолазных спусков с применением подводной видеоаппаратуры, для уточнения и детализации полученных данных.
На нашем предприятии внедрён и успешно используется приборный комплекс для геодезического контроля строительства и мониторинга технического состояния подводных переходов, для объектов любой сложности и протяжённости. Состав приборного комплекса не является жёсткой замкнутой структурой, он представляет собой набор компонентов,
решающих определённый перечень задач. Компоненты составляются исходя из методики обследования, особенностей объекта и сезона проведения работ. Некоторые компоненты подобраны таким образом, чтобы производился взаимный контроль данных, полученных различными приборами и методами сбора информации.
После окончания этапа сбора данных осуществляется интегрированный процесс анализа и комплексной обработки, по завершению которого формируются необходимые отчётные материалы.
В качестве примера рассмотрим вариант комплекса для обследования подводных переходов через водные преграды в летний период времени.
В решении задач по геодезическому контролю планово-высотного положения трубопровода на береговых участках подводного перехода целесообразно использовать ручную трассопоисковую систему с генератором сигнала, подключаемым к трубопроводу.
Для топографической съёмки рельефа и ситуации, наиболее эффективно применение геодезической GPS аппаратуры, электронных тахеометров.
На некоторых объектах, с развитой надземной системой коммуникаций и сооружений, относящейся к трубопроводу, возможно применение безотражательных электронных тахеометров или цифровых лазерных сканеров.
При съёмке рельефа и ситуации подводной части перехода могут применяться промерные эхолоты - однолучевые (с разновидностями в виде эхотралов) и многолучевые.
При съёмочных работах с использованием однолучевых эхолотов проектируется сетка промерных галсов, по которым необходимо пройти промерному судну. В результате, по окончанию работы мы получаем набор дискретных профилей глубин, по которым то или иное программное обеспечение моделирует подводный рельеф (рис. 1).
§ 710600Х т ^1 <са A J I711200X
ч Ю& \ Ч vj» А
\ ^ vj, ’'А 'А А я
\ % «V1 'Л j \ А
ч \ \ А -S' '■ \ Ж '»V \ ' ’Й А ''Л 'А Л Ч Л Л А A A А А \ V\ ««85
v А, Лч л » •Л. v»v х Л л 'А ^ \ \ А» A 'А \,.- i V“ V 4$7р00*я27 Чэмт *Ир00^7 744200Y
• ’Д. f к. Я f ’A, V» А \ ’ \ \ 'Э04Т 46SpOO«*7
\ Л \ 4«5дО«27 «бадо^7
\ \ \| K.S 4€ОрОО*2? “ Э041 <KBOO<>27 " 1 = |
Рис. 1. Сетка промерных галсов в ПО «Hypack»
Однолучевые промерные эхолоты при работах по обследованию подводных переходов целесообразно использовать:
- При работах с малого плавсредства.
- На участках с экстремально малыми (менее 2 м) глубинами.
- На участках, не требующих 100% площадной съёмки.
- На участках с пологим подводным рельефом.
- Для получения более полной картины необходимо использовать совместно с гидролокатором бокового обзора (ГБО).
При работах с многолучевыми эхолотами обеспечивается площадная (100-процентная) съёмка акватории с большой плотностью данных, сравнимых по объёму с результатами наземных съёмок цифровым лазерным сканером (рис. 2). По сравнению с однолучевыми системами имеют большее преимущество на участках со сложным подводным рельефом и в некоторых случаях заменяют гидролокатор бокового обзора, например, при использовании функции backscatter - представления данных в виде разности интенсивности отражённого сигнала.
Рис. 2. Фрагмент съёмки участка акватории подводного перехода
многолучевым эхолотом
Многолучевые эхолоты целесообразно использовать:
- При больших объёмах промерных работ.
- На участках со сложным подводным рельефом,
- На участках, требующих 100% площадной съёмки.
- Совместно с буксируемым ГБО, для детализации оголённых и провисающих участков.
Обнаружение оголённых и провисающих участков и поиск посторонних предметов на дне подводного перехода производится гидролокатором бокового обзора. В случае, если ГБО имеет буксируемый блок антенн, то качество гидролокационного снимка будет близко к фотографическому, так
как буксируемое устройство можно пилотировать в непосредственной близости от объекта (рис. 3). К тому же, на буксируемое устройство не распространяются вибрации и динамические перемещения промерного судна, что положительно влияет на чёткость получаемых снимков.
При выполнении промерных работ однолучевым эхолотом использование ГБО - необходимо и обязательно. При работах с многолучевым эхолотом буксируемый ГБО рекомендуется как средство дополнительного контроля и детализации данных.
Рис. 3. Гидролокационный снимок оголённого участка трубопровода
Геодезический контроль планово-высотного положения трубопровода на подводных (русловых) участках подводного перехода может выполняться несколькими методами, имеющими возможность взаимного контроля.
В качестве основного метода рекомендуется использовать трассопоисковую систему с генератором сигнала, подключаемым к трубопроводу.
На подводных переходах большой протяжённости требуется повышенная мощность генератора сигнала.
Трассопоисковая система, применяемая на русловых участках подводных переходов, в отличие от наземной, производящей измерения вертикальной составляющей в статике, должна собирать данные в режиме непрерывного движения, так как установлена на судне, двигающемся по съёмочным галсам, ориентированным поперёк трубопровода.
Окончательное вычисление планово-высотного положения оси трубопровода осуществляется в режиме пост-обработки.
Существует прямая зависимость точности определения положения трубопровода от глубины до его оси. В целях повышения достоверности измерений следует увеличивать количество съёмочных галсов, создавая избыточные измерения, дублировать измерения в разных частотных диапазонах (например, на 100 Гц, затем на 1кГц), и использовать независимый метод контроля.
Независимым методом контроля данных электромагнитного трассоискателя на русловых участках является метод акустического
профилирования. Он имеет свои недостатки, но на участках со средней и большой глубиной воды (10-20 м) и небольшим (1-3 м) заглублением трубопровода под поверхностью дна водоёма показал положительные результаты (рис. 4). К недостаткам акустического метода можно отнести уменьшение проникновения сигнала с ростом толщины грунта над трубопроводом, громоздкость аппаратуры, относительная сложность в настройках и управлении. Положительное качество - возможность в режиме реального времени наблюдать величину слоя грунта над верхом замытого трубопровода.
Совместное использование этих методов позволяет уменьшить погрешности каждого метода в отдельности.
Рис. 4. Акустический снимок участка подводного перехода с трубопроводами, расположенными на дне недостаточно засыпанных траншей
Точное координирование промерного судна осуществляется в реальном времени с помощью геодезических GPS- приёмников, использующих технологию DGPS или RTK.
Опорная базовая станция, установленная на берегу находится на пункте с известными координатами и по радиоканалу транслирует дифференциальную коррекцию для приёмника, находящегося на судне.
При невозможности использования этой технологии в связи с большими (более 15-20 км) размерами подводного перехода используется система дифференциального сервиса глобального действия C-Nav или Omnistar XP.
Расстояния (офсеты) между всеми ключевыми точками промерного судна - датчиком динамических перемещений судна и антеннами устройств, должны быть тщательно измерены и учтены в системе координат судна (рис.
5).
Рис. 5. Система координат судна и взаимное расположение устройств
Набор данных, полученный от данных устройств, является достаточным для формирования отчётной документации о техническом состоянии подводного перехода.
При необходимости расширения объёма получаемой информации, к примеру, геологической или гидрологической, приборный комплекс может быть снабжен дополнительными устройствами, решающими круг задач более широкий, чем геодезический контроль за строительством и мониторинг технического состояния подводных переходов трубопроводов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. РД-51-3-96 «Регламент по техническому обслуживанию подводных переходов магистральных газопроводов через водные преграды», Москва, 1996.
2. РД-51-2-95 «Регламент выполнения экологических требований при размещении, проектировании, строительстве и эксплуатации подводных переходов магистральных газопроводов», Москва, 1996.
3. СП 11-104-97. Часть III. Инженерно-гидрографические работы при инженерных изысканиях для строительства
4. СНиП Ш-42-80 Магистральные трубопроводы. Москва 1981.
5. ВСН 012-88 Строительство магистральных и промысловых трубопроводов.
Москва. 1989.
6. Положение о порядке проведения технического надзора за качеством скрытых подводно-технических работ при реконструкции, аварийно-восстановительном, капитальном ремонте и берегоукреплении подводных переходов газопроводов. Москва. 2001.
7. РД 31.84.01-90 Единые правила безопасности труда на водолазных работах. Москва. 1990.
1. Правила гидрографической службы №4 ГУ О МО. Съёмка рельефа дна. 1984.
2. IHO Standards for Hydrographie Survey. Spécial Publication SP-44. Monaco. 1998.
3. John E. Huges Clarke. A reassessment of vessel eoordinate systems: what is it that we
are really aligning? US Hydrographie Conferenee. 2003.
4. Фирсов Ю.Г. Геодезические аспекты гидрографического использования приёмной спутниковой аппаратуры C-Nav. Навигация и гидрография .2007.
5. Мазур И.И., Иванцов О.М. Безопасность трубопроводных систем. Москва. ИЦ «Елима». 2004.
© Г.А. Гринь, П.П. Мурзинцев, 2008
