Опыт проектирования, обустройства и эксплуатации на начальном этапе

сетей системы автоматизированного сбора данных геотехнического мониторинга (АСД ГТМ) линейных объектов Ямала.

ООО «АрхГеоком»

Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»

Г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

1

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 2

ООО «АрхГеоком» - один из разработчиковраздела «Геотехнический мониторинг» рабочейдокументации проекта системымагистральных газопроводов отместорождений п-ова Ямал.

Трасса первого участка проектирования истроительства газопровода отместорождений п-ова Ямал, общейпротяженностью более тысячикилометров, проведена по территории ссубарктическим климатом п-ова Ямал, позападному склону Полярного Урала исеверу Восточно-Европейской платформы.

В основании газопровода прослеживаютсявсе известные типы вечномерзлых грунтов(ВМГ) – от массивной мерзлотысливающегося типа на Ямале, массивно-островного и прерывистого типов ВМГ наПолярном Урале, до островной иредкоостровной мерзлоты с заглубленнойкровлей в Приуральской области.На ямальском участке вмещающиегазопровод грунты засолены, большоераспространение имеют залежиподземных льдов.

Схема расположения магистрального газопровода

Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»Г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 3

Для Ямальского участка трассы характерноразвитие типичных мерзлотно-геологическихпроцессов, оказывающих негативное влияниена устойчивость основания газопровода иинженерно-технических объектов егоинфраструктуры:• обводнение и заболачивание,• сезонное и многолетнее пучение грунтов,• солифлюкция и криогенное оползание,• термоэрозия и термоабразия,• термокарст,• морозобойное растрескивание грунтов.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»Г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

4

ПЕРЕЧЕНЬ ОПАСНЫХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ ДЛЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ В ЗОНЕ СТРОИТЕЛЬСТВА П-ОВА ЯМАЛ

Площадных сооружений

• оттаивание и консолидация грунтов оснований,построенных на участках распространения вечномерзлыхгрунтов и перелетков;• разуплотнение грунтов и (или) снижение силсцепления грунтов и фундаментов, сопровождающиесянеравномерными осадками фундаментов сооружений итехнологического оборудования;• экзогенные процессы (термоэрозия, дефляция,суффозия и т.д.) в местах отсыпок под строительствообъектов;• сезонное пучение деятельного слоя, приводящее квыпучиванию свай с недостаточной глубинойпогружения и незначительными нагрузками отстроящихся инженерных объектов;• новообразование ММП, приводящее к многолетнемувыпучиванию свай глубокого заложения и, как следствие,к деформациям зданий и сооружений уже в процессестроительства;• криогенное растрескивание пород;• обводнение территории застройки, сложеннойпреимущественно тонкодисперсными грунтами;• формирование техногенных наледей вследствиеперекрытия подземного стока воды;• изменение температурного режима грунтовоснований, повышение или понижение температурмерзлых пород, приводящее к изменению их состояния;• изменение влажностного режима пород.

Линейных сооружений

• изменение гидрологических условий территорииразмещения объектов, характера поверхностного стока,формирование техногенных водоемов, в том числевдоль отсыпок трубопровода

• заболачивание из-за нарушения естественногогидрологического и гидрогеологического режиматерритории;

• неравномерные деформации грунтовых оснований итрубопроводов на границе "мерзлый грунт - талыйгрунт" в местах переходов через водотоки и водоемы;

• комплекс парагенетически связанных склоновыхпроцессов (солифлюкция, криогенное оползание,термоэрозия и др.) на участках склонов, сложенныхльдистыми грунтами;

• термокарст на участках распространения торфяников ильдистых грунтов;

• русловая эрозия вследствие изменениягидрологических условий территории;

• изменение температурного режима грунтов оснований,повышение температур мерзлых пород, приводящее кизменению их состояния, в том числе новообразованиемерзлоты и формирование многолетней мерзлоты втехногенных грунтах;

• изменение влажностного режима пород.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»Г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 5

СТО ОАО «Газпром» декларирована обязательность разработки раздела «Геотехнический мониторинг»

в составе Проектной документации как стадии Проект, так стадии РД длястроительных объектов в зоне распространения вечномерзлых грунтов.Регулируется документами:

• СТО Газпром 2-3.1-071-2006 Регламент организации работ погеотехническому мониторингу объектов газового комплекса вкриолитозоне.• СТО Газпром 2-3.1-072-2006 Регламент на проведениегеотехнического мониторинга объектов газового комплекса вкриолитозоне.• СТО Газпром 2-2.1- 435 -2010 Проектирование оснований,фундаментов, инженерной защиты и мониторинга объектов ОАО«Газпром» в условиях Крайнего Севера.

Требования данного Регламента распространяются на:

• нефтегазопромысловые ГТС (разведочные, параметрические, гидрогеологические, • эксплуатационные нефтегазодобы-вающие скважины), • ГТС подготовки и переработки газа, конденсата и нефти (УКПГ, КС, ГПЗ, ЦПС, ДНС), • линейно-транспортные ГТС (внутрипромысловые и магистральные трубопроводы, автомобильные и железные дороги), • ГТС вспомогательной инфраструктуры.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

6

Для защиты газопровода от опасных экзогенных процессов при проектировании предусмотрены инженерно-строительные мероприятия:

•Заглубление газопровода - ниже базиса эрозии.

•Дополнительная кольцевая теплоизоляция трубопровода блок-сегментами толщиной 100 мм научастках подземного прохождения водных преград.

•Сооружение переходов через водные преграды - траншейным способом, с заглублением газопровода вподрусловую часть водотока не менее 1 м от естественных отметок дна водотока. На русловых ипойменных участках подводных переходов предусматривается применение утяжелителей. В местахберегового примыкания подводного перехода МГ через Байдарацкую Губу применяется защитноесооружение – коффердам.

• Все склоны обеспечены мероприятиями инженерной защиты:укладка противооползневых-противоэрозионных барьеров;использование противоэрозионных покрытий (георешетки, геотекстильные полотна,габионы и т.д.);на склонах, сложенных льдистыми грунтами, предусмотрена термостабилизация грунтовслоем утеплителя (экструдированный пенополистирол) под георешетками.

•В местах прокладки трубопровода по участкам с небольшими залежами льда предусмотрена полнаявыемка льда с заполнением полости грунтом, на участках залегания пластовых льдов большоймощности предусмотрена наземная прокладка МГ в насыпи.

•Все строительные мероприятия должны проводиться в полном соответствии с федеральными иведомственными нормами и правилами.

Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»Г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 7

Проектирование сети ГТМ по трассе СМГ «Бованенково-Ухта»выполнено в две стадии «Проект» и «Рабочая документация»и основано на выделении опасных и потенциально опасныхучастков с точки зрения устойчивости состояния грунтовыхоснований и стабильности положения конструкцийгазопровода и его инфраструктуры.К опасным участкам на линейной части газопровода припроектировании сети ГТМ отнесены:• переходы через водоемы и крупные реки,• технологические площадки газопровода (крановые узлы,

узлы пуска/приема очистных устройств),• пересечения с автодорогами и железными дорогами,• участки наземной и надземной прокладки газопровода,• участки вероятного развития опасных мерзлотно-

геологических процессов.

В качестве основного при проектировании системыгеотехнического мониторинга был принят способ наземныхпериодических маршрутных обследований по всей трассегазопровода.На всех участках выполнения мониторинга должныпроводиться визуальные наблюдения, фото ивидеодокументирование.Участки газопровода, отнесенные к опасным, обустраиваютсястационарными наблюдательными сетями.

Проектными решениями строительства стационарной сети ГТМ предусмотрено:

• Крановые узлы и другие технологические площадкиоборудуются геодезическими реперами, термоскважинами,грунтовыми реперами, пьезметрическими скважинами, атакже деформационными марками на запорной крановойарматуре.

• Площадки наблюдения за опасными мерзлотно-геологическимипроцессами вдоль линии трубопровода обустраиваютсягеодезическими реперами, термоскважинами, грунтовымиреперами, грунтовыми деформационными марками,деформационными марками на надземных переходах трубы.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»Г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

8

Местоположение элементов стационарной сети ГТМ вне технологических площадок определено

в прогнозируемых местах наибольшей активизации экзогенных процессов на основании схематичной типизации трассы, классифицированной в зависимости от состава грунтов в основании трубопровода, их льдистости, влажности и угла наклона поверхности, с учетом• инженерно-технических защитных мероприятий, предусмотренных при проектировании прокладки и обустройства системы газопровода, • технических условий ретрансляционного приема-передачи сигнала проектируемой сети системы автоматизированного сбора данных ГТМ .

Система АСД ГТМ должна позволить осуществлять постоянный цикл периодических измерений, накопление и передачу геотехнической информации

на сервер Геотехнической службы эксплуатирующей организации.

Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»Г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 9

Информация от датчиков различных типов (термодатчики сопротивления, инклинометры) взапрограммированные периоды времени поступает на логгеры, где оцифровывается и запоминается вэнергонезависимой памяти.Логгеры оснащены радиомодулями и образуют сеть точек измерений, большую часть временинаходящихся в режиме энергосбережения.В запрограммированный / запрашиваемый момент времени происходит включение сети и переход ее врабочее состояние, после чего контроллер снимает данные со всех точек измерения.

В связи со сложностью и ответственностью эксплуатируемого объекта, его большой протяженностью итруднодоступностью участков, а также для своевременного выявления дестабилизирующих процессов, настадии «Проект» было принято решение об обустройстве сетей ГТМ системой автоматизированногосбора данных (АСД) с возможностью получения информации как в ручном режиме с помощью переноснойизмерительной аппаратуры, так и в автоматическом.

В РД ГТМ применены две схемы передачи данных на сервер Геотехнической службы эксплуатирующей организации:

• дистанционный на мобильную точку оператора (ноутбук с контроллером) и• дистанционный с ретрансляцией в автоматическом режиме, через центральный

контроллер

Центральные контроллеры расположены в блок-боксах радиорелейных станций (ПРС) и передаютнакопленную информацию с помощью модема по выделенному каналу радиорелейной линии нацентральный сервер Геотехнической службы.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.г.

10

Проектирование системы АСД ГТМ проводилось на основепрограммно-измерительного комплекса, разработанного ипоставляемого ООО «Геотехцентр», беспроводная передачапредусмотрена на базе устройств стандарта ZigBee.Выбор производителя оборудования проведен, исходя из технико-экономического обоснования на стадии «Проект», а так жеположительного многолетнего опыта использования этих устройств входе исследований в аналогичных условиях полигона «Марре-Сале» наЯмале.

Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

11

Проектом предусмотрены элементы сети АСД ГТМ:

• Термоскважины (ТС-Д). Конструктивно - термотрубка, герметично закрытаяи оборудованная термокосой длиной 10 и 20 м , логгером, радиомодулем иантенной с грозозащитой;

• Грунтовые деформационные марки (ГДМ-Д). Конструктивно - термотрубка,глубиной 3 м с анкером на конце, герметично закрытая; измерительнаячасть - два инклинометрических датчика, термодатчик, термокоса длиной 3м, логгер с радиомодулем, антенна с грозозащитой;

• Деформационные марки дистанционные (ДМ-Д). Измерительный блок вметаллическом загерметизированном корпусе, состоящий из двухинклинометров, ориентированных в плоскостях под углом 90о, термодатчик,логгер с радиомодулем и антенной с грозозащитой;

• Центральный контроллер сети - контрольный блок сбора данных (КБСД),состоящий из компьютера в промышленном исполнении, радиомодуля скоординатором сети и модема; размещен в блоке с положительнойтемпературой.

Схема построения сетей сбора информации на основании технологии ZigBee

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

12

Стационарное геотехническое оборудование ориентировано на работу в условиях Крайнего Севера.• Герметичная ударопрочная конструкция логгеров, сбоеустойчивые алгоритмы функционирования,

специальные меры энергосбережения гарантируют проведение прецизионных измерений во всемдиапазоне условий окружающей среды в течение 10 лет штатной эксплуатации без поверок изамены источника питания.

• Срок службы одного комплекта элементов питания ZigBee модуля при одном сеансе передачиинформации в сутки – 3 года .

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 13

В настоящее время на Ямале обустраиваются несколькоплощадных и линейных объектов системами АСД ГТМ разныхпроизводителей.

Специалисты ООО «АрхГеоком» в 2014-2015 г.г. в рамках шеф-монтажа участвовали в установке и наладке оборудования АСДГТМ на линейной части СМГ «Бованенково-Ухта».В процессе пуско-наладочных работ были достигнутыпроектные параметры дальности беспроводной передачиданных в зимних условиях, при наличии снеговых заносов:

• при опросе сети АСД ГТМ после монтажа при помощимобильной точки доступа была достигнута максимальнаядальность связи для получения данных - 1800 м.

• элементы сети ГТМ на надземном переходе газопровода ивдоль линейной части МГ были успешно опрошены с трассыавтодороги, расположенной в 700-900 м от газопровода, в томчисле из автомобиля в движении.

• Площадки крановых узлов и узла подключениякомпрессорной станции опрошены из автомобиля запределами площадки станции, включая оборудованныеантеннами элементы сети, находящиеся в препятствующихприему радиосигнала металлических укрытиях крановыхузлов, расположенных в непосредственной близости отмобильной точки доступа.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

14

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.

15

Проведение ГТМ в полном объеме фактически возможно после завершения строительно-монтажныхработ основного объекта и окончания строительства сетей ГТМ.

• Обустройство сети ГТМ одновременно со строительными работами попрокладке газопровода нередко приводит к повреждению или полномууничтожению уже оборудованных скважин и реперов – то естьнеполноценности сети.

• Оборудование сетей ГТМ стационарным программно-измерительнымкомплексом возможно после завершения строительно-монтажных работ, ссоблюдением разграничения ответственности за сохранность оборудования.

• С учетом сложной схемы организации ввода протяженных объектовстроительства и сетей ГТМ отдельными несмежными участками,оборудование АСД ГТМ введено в эксплуатацию участками, в «спящем»режиме («sleep mode»), до завершения организации полноценной системыретрансляционной передачи на сервер геотехнической службыэксплуатирующей организации.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 16

проведение первичного обследования геотехнического мониторинга (осенне-весенний период)в рамках строительства, на этапе завершения строительства и после рекультивациистроительной площадки; результаты обследования аккумулируются в геотехническомпаспорте объекта и передаются геотехнической службе эксплуатирующей организации.

• Геотехнической службе эксплуатирующей организации должна быть передана исполнительнаядокументация по сетям ГТМ.

• В геотехнический паспорт объекта должны быть включены сведения по мерам инженерной защитыстроительного объекта от опасных геологических процессов (не вошло в текст СТО Газпром 2-2.1- 435-2010).

• В проектной документации по объекту строительства должны быть специально выделены данные одопустимых нормативных состояниях оснований и фундаментов, конструкций трубопроводов дляиспользования в геотехническом паспорте объекта строительства.

• Форма геотехнический паспорта по линейным сооружениям не разработана и не принята в как внормативной документации, так и на и на уровне отраслевых стандартов.

ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ ПАСПОРТявляется итоговым документом, аккумулирующим геотехническую информацию обобъекте. Геотехнический паспорт предназначается для специалистов службы ГТМдля организации работ по геотехническому мониторингу и руководства Заказчикадля учета особенностей эксплуатации объекта (СТО Газпром 2-2.1- 435 -2010)

Проектной документацией предусмотрено

• Наличие ГИС системы для целей геотехнического мониторинга или квалифицированноеиспользование множества прикладных специализированных программ;

• Необходимость подготовки квалифицированного персонала для решения задач геотехническогоконтроля и разработки корректирующих действий в период эксплуатации объекта.

Хранение, представление, обработка информации и интерпретация геотехнических данныхпредполагает:

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 17

Геотехнический мониторинг - комплекс работ, основанный на натурных наблюдениях заповедением конструкций вновь возводимого или реконструируемого сооружения, егооснования, в том числе грунтового массива, окружающего (вмещающего) сооружение, иконструкций сооружений окружающей застройки. Геотехнический мониторингосуществляется в период строительства и на начальном этапе эксплуатации вновьвозводимых или реконструируемых объектов . ( СП 22.13330.2011)

Геотехнический мониторинг - система комплексного контроля, прогнозирования иуправления состоянием геотехнической системы с целью обеспечения ее надежности навсех стадиях жизненного цикла . ( СТО Газпром 2-3.1-071-2006 )

Геотехническое сопровождение - строительства (или реконструкции) - взаимоувязаннаяпоследовательность действий, направленная на эффективное обеспечение устойчивостии безопасности геотехнических систем, на всех стадиях строительного процесса - отоценки инвестиционной привлекательности до сдачи построенного объекта вэксплуатацию.

«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных геологических процессов – 2015»г. Москва, 23-24 сентября 2015 г. 18

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

ООО «АрхГеоком»«Геотехнический мониторинг и мониторинг развития опасных

геологических процессов – 2015»

г. Москва, 23-24 сентября 2015 г.19