Корсей С.Г., Дьякова Н.Б., РАО «РОСНЕФТЕГАЗСТРОЙ»,
Управление по Восточной Сибири и Дальнему Востоку, Москва, тел.: 933-1965, 933-1967
Нефтегазовая отрасль получила новый импульс развития. Впервые за последние 15 лет в развитие отрасли стали вкладывать деньги. Намечается создание новых транспортных систем, предназначенных как для оптимизации и наращивания экспортных потоков российских нефти и газа, так и для транзита из сопредельных государств.
С этой целью на этапе обоснования инвестиций в строительство ООО «РНГС — Инжиниринг» провело технико-экономическое обоснование магистрального нефтепровода протяженностью 450 км в Ненецком Автономном Округе от мыса Святой Нос вглубь региона (рис. 1).
В рамках проекта решалась задача создания ГИС, обеспечивающей проведение полного пространственного анализа данных при решении как общих, так и частных прикладных задач на всех уровнях — от обоснования инвестиционных затрат до эксплуатации объекта. Использование такой системы позволяет постоянно добавлять новые данные, обновлять и корректировать уже существующие, моделировать и прогнозировать различные производственные процессы, чрезвычайные ситуации и устранение их последствий, отслеживать состояние окружающей среды.
При разработке основ системы был выполнен комплекс задач, включающий следующие основные блоки:
- Создание базы геоданных на заданную территорию (топография, вектор, данные дистанционного зондирования)
- Трассирование
- Согласование проекта и окончательное формирование трассы нефтепровода
- Лазерное сканирование
- Математическая модель местности (МММ)
- Единое информационное поле данных
- Строительство
- Эксплуатация.
Задача нахождения оптимального маршрута транспортировки нефти решалась с точки зрения минимизации затрат. Инвест-проектирование предусматривало выполнение всех этапов работ, кроме самых дорогостоящих и трудоемких — наземных топографических съемок и инженерно-геологических изысканий. На этой стадии их в значительной степени заменяют результаты обработки и экспертного анализа данных дистанционного зондирования (ДДЗ) Земли и существующих топографических и тематических карт и отчетов. Опыт работы показал высокую эффективность ГИС-технологий — уменьшение сроков и стоимости изысканий за счет сокращения объемов полевых работ и автоматизации операций.
Создание базы геоданных
Для трассирования трубопровода и проведения изыскательских работ необходима точная картографическая основа. Поэтому была выполнена географическая привязка мелко- и крупномасштабных топографических карт в единой системе. Сложность заключалась в том, что нефтепровод — длинномерный линейный объект, трасса которого проходит по нескольким географическим зонам. Привязка велась в специально разработанной системе координат с минимальными погрешностями к краям территории. На объединенных в единую систему пространственных данных были проведены предварительный выбор трассы (с различными вариантами) и основные линейные и угловые измерения на протяжении всей трассы, а не отдельно по зонам (рис. 1).
Рис. 1. Обзор трассы магистрального нефтепровода в НАО.
Использовался широкий спектр пространственных данных:
- топографические карты различных масштабов;
- тематические карты и описания (геологические, карты нефтяных и газовых месторождений, инженерно-геологических условий и т.д.);
- векторные топо- и тематические карты (данные по нефтяным и газовым месторождениям, зонам локальных и выявленных структур, по участкам землепользования, пастбищам и местам перегона оленьих стад, по природоохранным территориям и заповедникам были обновлены и отвекторизованы заново по участкам, представляющим сферу интересов);
- ДДЗ (космические снимки с LANDSAT-7, КФА-1000 и данные аэрофотосъемки).
По завершению сбора и упорядочения — каталогизации — данных о районе предполагаемого строительства, проведенных с помощью серверного приложения ArcSDE, стало возможно перейти из стадии накопления данных к стадии их анализа и моделирования.
ДДЗ3
Район исследований достаточно динамичен, здесь происходят активные эрозионные процессы (особенно в зонах антропогенных нарушений), склоновые и русловые процессы, развиты термокарстовые явления, абразия морских берегов и аккумуляция аллювиальных отложений. Имеющиеся карты неизбежно устаревают, в связи с чем возникла необходимость в сопоставлении данных топографических карт и космических снимков (рис. 2). Использовались данные многозональной съемки высокого разрешения с ИСЗ Landsat. Преимущество снимков — в их современности и достоверности, а обширные возможности программного обеспечения ERDAS IMAGINE позволили провести временной анализ и всестороннюю оценку произошедших изменений и получить уточненную информацию о местности.
Рис. 2. Обновление топографических карт по космическим снимкам и выявление деталей, не обозначенных на карте.
На основе цифровой модели рельефа были созданы цифровые модели как всей территории, так и проектируемого объекта, выполнены расчеты углов поворота, величины и направления уклонов (рис. 3) по трассе нефтепровода.
Рис. 3. Карта углов наклона земной поверхности.
Задача визуализации была быстро и эффективно решена с использованием программного модуля Imagine Virtual GIS. В числе прочего, он позволил, например, при проведении ТЭО имитировать пролет вдоль трассы нефтепровода.
Высокая детализация изображения (до 10 м) позволяет ознакомиться с любым участком и объектом (вертолетные площадки, головные и промежуточные насосные станции, резервуарные парки, пункты налива нефти, морские причалы, магистральные автодороги вдоль трассы нефтепровода, пункты размещения аварийно-восстановительных бригад) (рис. 4a, 4b).
 |
 |
|
А |
Б |
|
Рис. 4. 3D- моделирование с использованием топоосновы и космических снимков.
|
|
Трассирование
Выбор трассы проводился с учетом многих факторов: протяженность трубопровода, извилистость трассы, перепады высот, количество переходов через водные объекты, геоэкологические и криолитологические характеристики трассы по каждой секции и др. (рис. 5). Было проведено продольное и поперечное профилирование трубопровода с указанием отметок на поверхности грунта, уклона трубопровода на каждом участке, расстояний между смежными отметками, пикетажа, категорий участков нефтепровода и краткой инженерно-геологической характеристикой в полосе строительства.
Рис. 5. Конструктивные решения: надземная прокладка с самокомпенсацией продольных деформаций и устройство перегона для прогона оленей.
Интеграция географической информации с существующими данными и требованиями, моделирование режима работ трубопроводной сети при различных производственных показателях и природных характеристиках местности (рельеф, подводные переходы) позволили посредством современных ГИС-технологий сформулировать разумный и наиболее рациональный вариант прохождения трассы нефтепровода Ненецкого Автономного Округа.
Согласование проекта и формирование трассы нефтепровода
Важные факторы в принятии обоснованного решения — учет комплексного развития территории и оценка внешних воздействий и вмешательств в окружающую среду. Тут потребовалось проведение специализированного анализа.
Территория НАО, в связи с отсутствием естественного стабилизирующего фактора — лесов, является экологически уязвимой. Как и в других северных районах, здесь возможно резкое ухудшение состояния природной среды вследствие антропогенных воздействий, в том числе техногенного характера. Проектные работы должны обеспечивать соблюдение постоянно корректирующихся строительных норм и правил в соответствии с законодательством, учитывать влияние строительства и эксплуатации нефтепровода на экологическую ситуацию в регионе. Поэтому было проведено экологическое обоснование принимаемых решений по выбору трассы. Объективно интерпретировать всю совокупность данных и факторов позволяет программное обеспечение ГИС.
Для оценки и прогнозирования последствий аварийных ситуаций при разливе нефти разработана модель оценки воздействия на окружающую среду, в которой были использованы функции модулей Spatial Analyst, 3D Analyst и Network Analyst, а также тематические карты растительности и грунтов, полученные с использованием эталонов дешифрирования по снимкам LANDSAT-7. Разработанная в «РНГС-Инжиниринг» модель учитывает санирующие свойства ландшафтов, определяющие возможности преобразования, поглощения или нейтрализации загрязнителей, реализуя тем самым один из главных принципов ГИС — ответ на вопрос: «что будет, если…».
Созданная многофункциональная система позволяет решать множество прикладных задач. Так, например, на основе ДДЗ производились выявление и оценка запасов местных строительных материалов (песков). Их использование позволяет существенно снизить затраты, поскольку строительство нефтепровода предусматривает возведение комплекса объектов производственной и социальной инфраструктуры.
Лазерное сканирование
Использование лазерного сканирования линейных объектов строительства обеспечивает доступ к наиболее современной и достоверной информации. Для получения материалов в объеме, достаточном для рабочего проектирования, проведено лазерное сканирование мест строительства вдольтрассовых сооружений:
- насосных станций, узлов приема и пуска системы очистки и диагностики и др.;
- вертолетных площадок и аэродромов;
- переходов через крупные реки и сложных в инженерном отношении участков;
- защитных сооружений и др.;
- вдольтрассовых высоковольтных линий;
- линий радиорелейной связи.
Дешифрирование и обработка полученных изображений дали возможность корректировать проектные решения и вносить изменения в существующую информационную базу.
Математическая модель местности
По результатам лазерной съемки разработана математическая модель местности (МММ) в полосе строительства в масштабах 1:2000 — 1:500 для рабочего проектирования.
Модель позволила в сжатые сроки получить необходимые данные как для самого трубопровода, так и по связанным с его появлением природным и техногенным процессам. Полученная МММ дает возможность долгосрочного и оперативного прогнозирования различных ситуаций и процессов.
Рис. 6. Подводный переход через реки.
Примером практического применения МММ является проектирование технологически сложных участков трассы, таких как переходы через реки (рис. 6). Принятое техническое решение по подводной прокладке трубопровода через реки Печора и Куя методом наклонного бурения исключает загрязнение вод. Наглядное пространственное изображение позволяет отразить реальную ситуацию на труднопроходимом участке.
Единое информационное поле
На базе математической модели местности формируется единое информационное поле данных, с помощью которого проектировщики, экологи и другие заинтересованные инстанции получают возможность быстрого и полного доступа к различного вида информации о местности (рельефе, растительности, гидрографии и пр.) и расположенных на ней объектах. На этапах строительства и эксплуатации магистрального нефтепровода единое информационное поле данных служит средством принятия рациональных управленческих решений.
Строительство
На этапе строительства единые пространственные данные обеспечивают комплексный подход, возможность моделирования и оценки основных производственных циклов.
Примером может служить виртуальная строительная площадка. Визуализация процесса строительства с использованием МММ и единых информационных ресурсов позволяет руководителю строительства отслеживать ситуацию во времени, координировать действия строительных и снабженческих организаций, решать задачи размещения и пропорционального распределения ресурсов, контролировать ход выполнения работ, графиков и планов (рис. 7).
Рис. 7. Виртуальная строительная площадка: строительство вантового перехода нефтепровода через малые реки.
Эксплуатация
При эксплуатации нефтетрубопровода основной задачей становится управление. Инженерные исследования и географическая информация постоянно обновляются, изучение и объективная интерпретация состояния экологических, социально-экономических, природно-ресурсных условий территории и их экономическая оценка с учетом изменяющихся условий рынка помогают в принятии решений управленческого уровня.
Для повышения эффективности работы компании, обслуживающей данный нефтепровод, необходимо создание корпоративной ГИС, обеспечивающей интеграцию всех ресурсов для пространственного анализа, решения аналитических и прикладных задач. Объединение такой системы с ГИС МЧС, например, поможет в наиболее быстром реагировании и эффективном устранении последствий аварийных ситуаций.
Заключение
Таким образом, созданная гибкая и динамичная открытая система, которая постоянно развивается и обеспечивает моделирование происходящих изменений, используется на всех этапах строительства Ненецкого трубопровода, помогая в решении экономических, экологических и управленческих задач.
Функционирование нефтегазового комплекса в ближайшие 10-15 лет будет происходить в рамках довольно жестких требований и ограничений, поэтому только сочетание огромного российского опыта проектирования, строительства и эксплуатации нефте- и газопроводов в сложных условиях Крайнего Севера с новыми технологиями, такими как программное обеспечение ArcView и ERDAS IMAGINE, поможет добиться успехов в строительстве и эксплуатации магистрального нефтепроводного транспорта.
