CC BY
13
УДК 504.064.36
Монич К.П. студент 4 курса кафедра «Транспорт углеводородных ресурсов» Тюменский индустриальный университет
Россия, г. Тюмень ИНТЕГРАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ СБОРА ДАННЫХ ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
Аннотация: В данной статье рассмотрены примеры систем сбора данных для мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов. Проведен анализ систем существующих на русском рынке. Выявлены преимущества и недостатки применяемых систем в условиях крайнего Севера.
Ключевые слова: крайний Север, мониторинг, многолетнемерзлые грунты, термокосы.
Monich K.P. student
4 year, department "Transport of hydrocarbon resources"
Tyumen Industrial University Russia, Tyumen
INTEGRATION OF MODERN DATA COLLECTION SYSTEMS
FOR MONITORING THE STATE OF MULTI-FROZEN SOILS
Abstract: This article describes examples of data acquisition systems for monitoring the state ofpermafrost. The analysis of systems existing in the Russian market. The advantages and disadvantages of the systems used in the conditions of the Far North are revealed.
Keywords: the Far North, monitoring, permafrost, thermowellings.
Эксплуатация нефтегазовых объектов в северных районах, при огромных знаниях и опыте не даёт стопроцентной гарантии отсутствия на этих объектах деформационных процессов, которые иногда имеют критический характер, связанный с геокриологическими процессами и внешними факторами.
Особую напряженность ситуации вызывают прогнозы глобального потепления на ближайший период. Это заставляет уже сейчас создавать благоприятные условия для сохранения мерзлого состояния грунтов при появлении подобных отрицательных воздействий.
По данным ученых-климатологов и геокриологов к середине XXI века температура воздуха на Севере может возрасти на 3-4 °C, что возможно приведет к изменению теплового баланса многолетнемерзлых пород. Эта проблема может повлиять на устойчивость уже существующих и проектируемых объектов сооружений нефтегазового комплекса, расположенных в северных районах России. [7]
Своевременный мониторинг мерзлых пород поможет обеспечить эффективную эксплуатацию и экологическую безопасность нефтегазовых
объектов и снижения несущей способности грунтов. В данных условиях значительно повышается роль критерия надежности и безаварийной эксплуатации геотехнических систем в криолитозоне. Все это наглядно подтверждает необходимость своевременного сбора и анализа информации о геотехнических системах, находящихся в криолитозоне.[1]
В данной работе предлагается рассмотреть существующие и наиболее перспективные методы мониторинга многолетнемерзлых грунтов для ликвидации возможных геокриологических процессов.
В данный момент существует множество систем мониторинга, в данной работе мы рассмотрим только максимально эффективные при возможности внедрения в нефтяную промышленность. Мониторинг проводится через комплекс различного оборудования. При помощи данного оборудования проводятся наблюдения, сбора, обработки и анализа информации. Что касается оценки и хранения информации, прогноза и разработки мероприятий по управлению процессами, это выполняется исключительно человеком. Если сложить качественную работу оборудования и человека, то можно получить максимально эффективную систему мониторинга.[2]
Под конечным этапом работы подразумевается определить необходимое оборудование, позволяющее с максимальной точностью производить сбор и обработку информации. Всё это необходимо для своевременного предотвращения аварийных ситуаций и для эффективной эксплуатации и экологической безопасности нефтегазовых объектов.
Исследуемое оборудование должно быть предназначено для осуществления непрерывного мониторинга температуры многолетнемерзлых грунтов, с целью выявления и устранения аварийных ситуаций на объектах нефтегазового комплекса в северных районах России. Методами анализа было выбрано оборудование для исследований и мониторинга многолетнемерзлых грунтов.[3]
В настоящее время существуют системы мониторинга температур протяженных объектов разработанные компанией «Эталон». Исходя из цели, необходима система, которая сможет выполнять задачи непрерывного мониторинга температуры и оповещения об ее негативных изменениях на территории эксплуатационных объектов. Рассмотрим имеющиеся системы и на основе полученных данных выберем самую эффективную. Система температурного мониторинга СТМ представляет из себя комплекс контроллеров, подсоединенных к распределительному блоку, и термокос. К каждому контроллеру можно подсоединить от одной до шести термокос, содержащих в сумме до 200 датчиков. Данная система позволяет в режиме реального времени наблюдать малейшие изменения температуры от величины допустимой нормы. Помимо этого существует вариант организации измерения, в комплекс которого входят многофазовые цифровые датчики температуры с логгерами цифровых датчиков. Термокосы устанавливаются вместе с логгерами в скважины и снимаются по окончании мониторинга или по окончании временного интервала. Результаты измерений фиксируются
логгером на карту памяти типа micro SD и обрабатываются на ПК при помощи программного обеспечения. Так же имеется вариант другой системы измерений, которая выглядит в виде комплекса многофазовых цифровых датчиков температуры вместе с портативным контролером цифровых датчиков. При данной системе термокосы устанавливаются в скважины и демонтируются только по окончании мониторинга или по окончании временного интервала. И самой простой системой можно назвать комплекс «одна термокос + один портативный прибор» в данном случае термокос перед каждым измерением устанавливается в скважину, выдерживается до начала измерения и демонтируется на конечном этапе измерения. [5]
Для качественного анализа грунтов используют термометрические скважины, предназначенные для эксплуатации в неблагоприятных климатический условиях. Термокосы имеют великолепную защиту от влаги и пыли. Так же термометрические скважины имеют хорошую теплоизоляцию, и защиту от внешних воздействий за счет оголовок. В ходе изучения данных систем мониторинга, была получена информация, позволяющая по основным факторам сравнить имеющиеся системы, и выделить основные факторы, влияющие на выбор варианта организации измерения.[4] По каждому из предложенных вариантов данные сведены в табл. 1.
Оценивая данные таблицы можно подобрать наиболее эффективный вариант организации. В случае, когда решения найти не удалось, необходимо сгруппировать объекты по степени необходимости основных факторов и искать решение для каждой группы в отдельности. На основе данных таблицы самой эффективной является система температурного мониторинга, для функционирования которой необходимо следующее оборудование: персональный компьютер, блок питания, кабель питания, кабель USB, устройство распределительное, кабель UNITRON, СКЦД-1/200, термокосы типа многофазовый цифровой датчик температуры 0922.
Таблица 1
Варианты организации измерений
Периодичност ь анализа результатов Доступност ь объекта измерения Длительност ь измерения Затраты на поддержание в рабочем состоянии Периодичност ь измерения Варианты организации измерения
высокая низкая высокая минимальна я высокая МЦДТ*1+ПКЦ Д
высокая низкая низкая низкая высокая МЦДТ*п+ПКЦ Д
высокая высокая минимальна я высокая минимальная МЦДТ*п+ЛЦД* n
низкая высокая максимальна я максимальна я минимальная СТМ
На основе результатов качественного анализа различных вариантов организации измерения была установлена возможность применения СТМ, как наиболее эффективной системы мониторинга температур вечномерзлых
грунтов.
По данным анализа можно выделить преимущества данной системы, выражающиеся в непрерывном мониторинге температуры и оповещения об ее критических изменениях. Наличие постоянного электропитания и своевременного подогрева позволяет в полной мере использовать систему при температурах от минус 600C. [6]
В результате анализа было установлено, что отечественный рынок содержит необходимое оборудование для создания данной системы. Так же была выявлена высокая эффективность данного комплекса оборудования для решения задач геотехнического мониторинга долгомерзлых грунтов в северных регионах России.
Использованные источники:
1. Губайдуллин М.Г., Бодин Н.А., Бурков Д.В. Геоэкологический мониторинг сооружений Варандейского нефтяного терминала //Северные территории России: проблемы и перспективы развития: Материалы Всероссийской конференции с международным участием. Архангельск: ИЭПС, 2008. с. 357-360.
2. Попов А.П., Милованов В.И., Жмулин В.В., Рябов В.А., Бережной М.А. К вопросу о типовых технических решениях по основаниям и фундаментам для криолитозоны // Инженерная геология, 2008, сентябрь, с. 22-38.
3. Павлов А.В., Малкова Г.В. Мелкомасштабное картографирование трендов современных изменений температуры грунтов на севере России // Криосфера Земли, 2009, т. XIII, №4, с. 32-39.
4. Стрижков С.Н., Скорбилин Н.А. Мониторинг как критерий оценки надежности объектов с системами температурной стабилизации грунтов. Научно-технический и производственный журнал «Трубопроводный транспорт (теория и практика)», январь 2012 г., с. 10-17
5. Минкин Марк Строительство нефтегазовых объектов на Севере // Материалы семинара «Вопросы проектирования фундаментов на особых грунтах. Новые геотехнические конструкции и методы их расчетов», 2010.
6. Амосова Е. В., Кропачев Д. Ю., Паздерин Д.С Система мониторинга температур протяженных объектов в вечномерзлых грунтах. 2011 №2 с. 67-70
7. Корниенко С.Г. Изучение и мониторинг мерзлых грунтов с использованием данных космической съемки // Материалы 11 -й Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформатика в нефтегазовой отрасли».
