CC BY
18УДК 504:622.279:331.4
А.Н. Колотовский, к.т.н., заместитель начальника Управления Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа, ОАО «Газпром»;
М.М. Задериголова, к.т.н., главный специалист, ООО «ГЕОТЭК», e-mail: mail@eitec-eco.ru
РАДИОВОЛНОВОЙ МОНИТОРИНГ ГРУНТОВ НА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ УЧАСТКАХ ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ ГАЗОПРОВОДОВ СО СЛОЖНЫМИ ГЕОДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Предлагается выполнять исследовательские работы и мониторинг опасных геологических процессов (оползни, карст, провалы, разломы) на линейной части газопроводов ОАО «Газпром» с привлечением технологий хай-тек на основе радиоволнового метода. Высокоэффективные автоматизированные системы обеспечения геодинамической безопасности уже внедрены на нескольких проблемных участках ЛЧ МГ ряда дочерних предприятий ОАО «Газпром».
Вопросы повышения надежности функционирования ГТС всегда были приоритетными задачами ОАО «Газпром», поскольку бесперебойная работа всех ее элементов, в первую очередь линейной части, влияет как на общие экономические показатели, так и на имидж ОАО «Газпром» в стране и за рубежом [1].
К сожалению, существующие нормы и правила не регламентируют необходимость учета геодинамических факторов риска при проектировании, строительстве и эксплуатации газопроводов. Взаимодействие ГТС и природной среды происходит как в нетронутом массиве (прокладка трубы в естественных условиях), так и в подработанном, нарушенном (устройство дренажей, срезка языковой части оползней, принудительное перемещение грунта, горные, шахтные подработки,термокарст и пр.). Диагностирование ГТС сводится, как правило,только к контролю технического состояния и целостности самого газопровода.Характер же ра-
боты системы «труба - грунт» в зонах влияния активных опасных геологических процессов (ОГП), т.е. в реальных зонах риска, детальному комплексному исследованию ранее не подвергался. Критерии оценки влияния ОГП в действующих нормативных документах также не отражены [2, 3], хотя многие специалисты отмечают, что ни один из методов диагностики трубопроводов (ВТД, ультразвук, ИВ-2 и др.) не
Рис. 1. Радиоволновой магнитотеллурический зонд МТЗ-01 (стационарный вариант)
гарантирует для подразделений ОАО «Газпром» безопасную работу ЛЧ на проблемных геодинамических участках без использования эффективных методов контроля НДС грунтов. В первую очередь это относится к объектам ГТС, расположенным на Сахалине (активные разломы), Урале (карст, горные подработки, оползни), Северном Кавказе (подрезки полками оползней) и др., находящимся и на этапах «как построено», и «как есть».
К сожалению, опасные геологические процессы (оползневые, карстовые явления, тектонические нарушения, разломы и др.) зачастую не представляется возможным предотвратить. Они могут привести и приводят к катастрофическим последствиям, поскольку внезапная активизация ОГП всегда наносит значительный ущерб для важных нефтегазовых объектов. Поэтому актуальность вопросов организации их постоянного контроля не вызывает сомнений. И здесь следует обратить внимание на две весьма
Рис. 2. Фрагменты радиоволновых показаний в спокойный (а) и проблемный (б) (активизация ОГП) периоды на мониторе диспетчера ООО «Газпром трансгаз Чайковский»: где Nсп - число импульсов в минуту спокойного периода, Nпр - то же проблемного периода
важные особенности. Первая - это степень геодинамической активности объекта контроля, например оползня. Он ведь может быть хорошо и досконально статически изучен, на что были потрачены весьма внушительные средства на стадии проектирования при инженерно-геологических изысканиях (бурение для оценки состава пород оползневого массива, поверхности скольжения, шурфования при
определении свойств грунтов и пр.). Но если динамика в нем отсутствует, сам массив находится в устойчивом состоянии десятки, сотни лет (Куст>1), то он, естественно, никакой угрозы для находящегося в его теле газопровода не представляет. На наш взгляд, теряет первостепенный смысл также и повсеместно проводящийся геомониторинг на таких объектах (визуальный и геодезический кон-
троль, реперно-тросовый мониторинг и др.), который фиксирует периодически уже произошедшие события. Главное кроется в другом. Для обеспечения безопасности эксплуатации ЛЧ МГ заслуживает внимания только один фактор - возникновение очагов существенной активизации ОГП на проблемных участках, т.е. геоди-намическое состояние объектов внимания, которые могут резко нарушить
О
кзит
ЙОПЄЙСКНЙ ІИИСЩ ИЗОЛЯЦИИ РРУЬ
ОБЩЕСТВО с ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ
КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ
НАНЕСЕНИЕ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИИ (ДВУХ- И ТРЁХСЛОЙНЫХ) НА ОСНОВЕ ЭКСТРУДИРОВАННОГО ПОЛИЭТИЛЕНА НА НАРУЖНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 154 до 1420ММ.
КЛНК( EHHI .IAKOK очных ПОКРЬГТИ НА НАРУЖНУЮ И ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 15* ДО 1420ММ. ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ Н НАЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В СООТВЕТСТВИИ С ПРОЕКТОМ ИЛИ ТРЕБОВАНИЯМИ ЗАКАЗЧИКА.
(> I (>¡U I Н ИI ГН 5 I Ы\ и ГEiC I, и I : МЕТОДОМ ХШЮЙНОГО гнутья ИЗ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 219 ДО Н20ММ
ОСИП i и . 11.( .... Б СОБСТВЕННОЙ ЛАКОРАТОРИН ПУТЕМ ПРОВЕДЕНИЯ:
-ПЕР\ЗРУ ШЛЮЩЕГО УЗК Н РКП I'ГЕНОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ПРОКАТА;
- СПЕ КТРЛЛЬНОГО А НА.1ИЗА X НМ И Ч ЕС КОГО СОСТАВА МЕТАЛЛА; ШШ-. ■ ' - *
- МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ; Щг^ЯИП I .....
• Гидр*)НСЛ ы гл н и íi ТРУБ ДИАМЕТРОМ 7¿ii 14 102D ИМ.
В0( '( Í AHOtLriI НИК [ ['> Ej ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ:
-ОЧИСТКА ОТ НАРУЖНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ E/У ГИДРО КЛИН ЕРОМ;
- ВНУТРЕННЯЯ ОЧИСТКА Груь К/У;
- ВИЗУАЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ;
-МЕХАНИЧЕСКАЯ Н ОГНЕВАЯ ТОРЦОВКА КОНЦОВ ТРУ В;
- РЕМОНТ КОРРОЗИОННЫХ ДЕФЕКТОВ;
- НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТ РОЛЬ;
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ.
Н и moit.iEHHK { или из Трубы ДИАМЕТРОМ isí-hío ММ, ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ в СТРОИТЕЛЬСТВЕ Га ЖИЛЫХ И НЕЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ, ДОРОЖНЫХ II ПОРТОВЫХ СООРУЖЕПИЙ. А ТАКЖЕ В КАЧЕСТВЕ ОПОР для применения, как в ГРУНТЕ,ТАК в в нриьреЖной зоне С ПОГРУЖЕНИЕМ в ВОДУ.
ВСЯ ПРОДУКЦИЯ ООО «КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ» СЕРТИФИЦИРОВАНА В СООТВЕТСТВИИ С ГОСТ Р НСОЧ0[Ц-2АП| И СТО ГАЗПРОМ OtHI 1-2001- ПРЕДПРИЯТИЕ ИМЕЕТ СЕР ТИФИКАТ «ТРАНССЕРТк, ПРОИЗВОДСТВО НА ООО «КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУКч ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ НА ОСПОВлИИН ту, согласованных ОАО «ВНИИСТ» и ооо «кнннеаз».
ЧЕЛЯБИНСКАЯ ОЫч г, КОПЕЙСК, YJlj МЕЧНИКОВА, 1 ТЕЛЕФОН/ФАКС: (35139} 20-981, (35139) 20-982 Е-МАIL; KZIT@KZIT.RIJ \> W VV.KZ.IT.KI
на правах рекламы
Рис. 3. Радиоволновое устройство для диагностики грунтов (пешеходный вариант)
Рис. 5. Газово-эманационная съемка (метан СН4 - углекислый газ СО2)
Рис. 6. Карта выявленных активных геодинамических зон с ранжированием по степени опасности
Рис. 4. Радиоактивная газово-эманационная съемка (торон Тп -радон Rn)
проектное положение газопровода. Вторая особенность заключается в некорректности употребления термина «внезапная активизация ОГП». В природе любому активному событию, процессу всегда предшествует подготовительный этап изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) горного массива естественного (переувлажнение, изменение флюидного режима, трещи-нообразование, сжатие, растяжение и др.) или антропогенного (полки в языковой части оползня, горные подработки и пр.) характера.
Очевидно, что обеспечить надежность технического состояния и целостности ЛЧ МГ на проблемных участках в зонах активизации ОГП представляется возможным не только за счет повседневного контроля самой трубы, но и грунтового основания, в котором, собственно, газопровод и «живет». Сказанное выше предопределяет естественную необходимость появления новых технологий раннего оповещения активизации опасных геодинамических воздействий на устойчивость газопроводов. Как показывает накопленный опыт, с помощью эффективных и достоверных методов контроля эту проблему в режиме онлайн можно свести к обычной технической работе, когда удается своевременно проанализировать получаемый упреждающий прогноз и оперативно принять должные управляющие решения [8].
Структурная слема радиоволновой автоматизированной системы монитор»*« опасных геологических процессов на ЛЧ ЫГ (АСК-ГП)
Рис. 7. Структурная схема радиоволновой автоматизированной системы мониторинга опасных геологических процессов ЛЧ МГ (АСК-ГП)
Более того, высокая степень автоматизации контролируемых параметров значительно снижает квалификационные требования к составу исполнителей как полевых работ, так и пользователей системы мониторинга.
Одной из пионерных разработок, которая может достойно дополнить существующие методы диагностики газопроводов, является технология радиоволнового обследования и контроля НДС грунтового основания на потенциально опасных участках ЛЧ со сложными геодинамически-ми процессами [4, 5]. Она позволяет своевременно получать необходимую информацию о среде окружения трубы, заметно повысить достоверность и надежность диагностики ГТС в целом, снизить ее факторы риска. Технология основана на контроле естественных аномалий радиоволнового (магнитотеллурического) поля Земли (РПЗ), возникающих в местах концентраций напряжений горного массива и изменяющихся пропорционально их величине.Такие аномалии фиксируются специальными запатентованными и сертифицированными приборами (рис. 1) [6, 7], которые, например, являются основой автоматизированной системы мониторинга (АСК-ГП), установленной на оползневом подводном переходе МГ Ужгородского коридора через р. Каму.
Примеры радиоволновых измерений в спокойный и проблемный периоды приведены на рисунке 2.
Было установлено, что реакция оползневого тела на изменения НДС по данным геодезии (смещение реперов) проявляются через 1,5-2 суток и более, а по результатам контроля РПЗ - практически мгновенно! Причем если показания РПЗ высокие, но неустойчивые, значит, здесь опасные зоны концентрации НДС. И наоборот, даже если параметры РПЗ и высокие, но устойчивые, квази-стабильные, что говорит о стабильном режиме роста НДС (например, плавное, медленно сжатие, растяжение, срез), то перед нами участок с минимальной, неактивной геодинамикой.
Наконец, при НДС в горном массиве, достигшем предела упругости, т.е. когда разрушения еще как бы и нет, но оно уже начинает происходить, величина РПЗ резко падает до уровня
фона (триггерный, релейный режим поведения НДС грунтов). Это и есть начало катастрофического, необратимого состояния.
Таким образом, аномально высокие нестабильные (вариабные) показания РПЗ являются прогностическим признаком крупных последующих деформаций горного массива.
На первом этапе, при радиоволновом диагностическом обследовании трас-
сы ЛЧ МГ (пешеходный вариант), проводят сбор данных предшествующих изысканий, их анализ, выявление и оконтуривание специальной аппаратурой проблемных участков активизации ОГП, ранжирование по степени опасности (рис. 3).
Для повышения репрезентативности и достоверности получаемой информации радиоволновой метод можно комплексировать эманационными и
Рис. 8. Окно диспетчерского дисплея с критериями оценки результатов мониторинга ОГП
Рис. 9. Мнемосхема проблемного участка на диспетчерском дисплее в режиме онлайн
Рис. 10. Установка герметических полипропиленовых бункеров
газовыми методами малоглубинной геофизики (радиоактивные - торон Тп и радон - Rn; углекислые СО2 и СН4 газы) (рис 4, 5). Известно, что покровные отложения тесно связаны с коренным массивом; они также харак-теризируются аномальными полями напряжений и активно реагируют на малейшие его вариации НДС. Эти качества способствуют существенному изменению их эманирующей способности, что выражается в весьма заметных колебаниях концентрации указанных газов. Поэтому они являются однозначными геодинамическим маркерами, позволяют более точно и корректно составлять прогноз развития опасных ситуаций с необратимыми последствиями.
Так, например, в результате комплексного обследования была построена карта оползневой опасности подводного перехода МГ через р. Каму с выделением и ранжированием наиболее активных геодинамически опасных участков, а также выбраны и обоснованы точки для размещения контрольно-измерительных приборов наземного базирования (рис. 6).
В дальнейшем был разработан проект автоматизированной системы контроля НДС грунтов, структурная схема которой приведена на рисунке 7; она действует уже более пяти лет в составе ООО «Газпром трансгаз Чайковский». Система в режиме реального времени контролирует превышение допустимых уровней НДС путем сравнения текущих значений измерений с предельно допустимыми и выдачей соответствующей информации оперативному персоналу. Всего на склоне оборудовано 17 наблюдательных пунктов(12 - радиоволно-вых и 5 - реперно-гидрогеологических приборов). Программное обеспечение позволяет оператору оценивать состояние контролируемых участков в режиме «светофора» и сравнивать его с отрезком любого предыдущего периода, (рис. 8), а также наблюдать ситуацию в виде мнемосхемы на экране сервера (рис. 9).
Вся аппаратура размещена в герметических полипропиленовых бункерах (рис. 10, 11); в траншеях проложены кабели питания и связи, передача большей части информации организована по радиоканалам.
Внешний вид оползневого склона подводного перехода МГ через р. Каму с указанием точек заложения пунктов наблюдения системы АСК-ГП (первая очередь) приведен на рисунке 12.
С 2009 г. аналогичные системы организуются также на активных оползневых участках газопроводов «с. Дзуарикау
- г. Цхинвал» (0-92,8 км) (ООО «Газпром трансгаз Ставрополь»), «Моздок
- Казимагомед» (607 км) (ООО «Газпром трансгаз Махачкала») и горных калийных подработках трассы «Чусовой - Березники - Соликамск»(ООО «Газпром трансгаз Чайковский»).
Рис. 11. Монтаж радиоволнового оборудования в бункере
Рис. 12. Оползневой склон подводного перехода МГ Ужгородского коридора, 1852 км, через р. Каму с контрольными пунктами системы мониторинга: ▲ - радиоволновые блоки, - реперно-гидрогеологические блоки
Литература:
1. Аксютин О.Е. Повышение надежности функционирования газотранспортных систем ОАО «Газпром». Сб. тезисов III Межд. конф. 27-28.10.2009. ВНИИГАЗ, с. 4.
2. Нормативно-методическое пособие Минтопэнерго РФ «Основы промышленно-экологической безопасности объектов ТЭК. ч. I, разд. 6, 7. МИНТОПЭНЕРГО. - М., 1997.
3. СТО Газпром 2-2.1-206-2008. Сооружение газопроводов в горных условиях. ООО ИРЦ Газпрома. - М., 2008.
4. Задериголова М.М. Обеспечение геодинамической безопасности газотранспортных систем радиоволновыми методами.
- М.: Научный мир. 2009, 398 с.
5. Технические требования на проведение исследовательских работ и мониторинг радиоволновым методом опасных геологических процессов на линейной части газопроводов ОАО «Газпром». ОАО «Газпром», ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2011,12 с.
6. Задериголова М.М. Способ мониторинга локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР/ Патент РФ №2363965 от 10.08.2009 г.
7. Задериголова М.М. Устройство для мониторинга локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР/ Патент РФ №2363964 от 10.08.2009 г.
8. Задериголова М.М. Способ мониторинга и прогнозирования разрывных нарушений в верхней части геологического разреза / Положительное решение на изобретение по заявке №2011123095 от 04.05.2012 г.
Ключевые слова: опасные геологические процессы, геодинамическая безопасность, оползни, карст, провалы, разломы, радиоволновой метод.
