RU2836421C1 - Method for automated measurements and remote transmission of data for geotechnical monitoring of gas production facilities - Google Patents
Method for automated measurements and remote transmission of data for geotechnical monitoring of gas production facilities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2836421C1 RU2836421C1 RU2024125641A RU2024125641A RU2836421C1 RU 2836421 C1 RU2836421 C1 RU 2836421C1 RU 2024125641 A RU2024125641 A RU 2024125641A RU 2024125641 A RU2024125641 A RU 2024125641A RU 2836421 C1 RU2836421 C1 RU 2836421C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- data
- gas production
- deformations
- bdk
- objects
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 27
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 21
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 11
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012732 spatial analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract 1
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 description 9
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 7
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- XBWAZCLHZCFCGK-UHFFFAOYSA-N 7-chloro-1-methyl-5-phenyl-3,4-dihydro-2h-1,4-benzodiazepin-1-ium;chloride Chemical compound [Cl-].C12=CC(Cl)=CC=C2[NH+](C)CCN=C1C1=CC=CC=C1 XBWAZCLHZCFCGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002085 persistent effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000013524 data verification Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области проектирования и создания системы геотехнического мониторинга объектов добычи газа на основе применения комплекса наземных и аэрокосмических наблюдений, автоматизации измерений и дистанционной передачи данных и может быть использовано при организации и проведении геотехнического мониторинга на месторождениях газа.The invention relates to the field of designing and creating a system for geotechnical monitoring of gas production facilities based on the use of a complex of ground and aerospace observations, automation of measurements and remote data transmission and can be used in organizing and conducting geotechnical monitoring at gas fields.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для геодезического мониторинга деформационного состояния инженерного объекта (см. патент №RU 2668730 С1, опубл. 02.10.2018). Изобретение относится к области создания трехмерных цифровых моделей. Технический результат - повышение достоверности и точности получаемых геопространственных данных за счет использования технологий лазерного сканирования в трехмерном пространстве. Способ содержит этапы, на которых создают планово-высотное обоснование в местной системе координат по опорным пунктам на контролируемом участке, в контрольных точках на элементах конструкций инженерного объекта устанавливают геодезическую контрольно-измерительную аппаратуру, при помощи которой выполняют натурные наблюдения геодезическими методами за планово-высотными смещениями элементов конструкций инженерного объекта, при этом дополнительно интегрируют цифровые датчики, с помощью которых получают геопространственные данные по координатам X, Y, Z элементов конструкций инженерного объекта.The closest analogue of the claimed invention is a method for obtaining, processing, displaying and interpreting geospatial data for geodetic monitoring of the deformation state of an engineering object (see patent No. RU 2668730 C1, published on 02.10.2018). The invention relates to the field of creating three-dimensional digital models. The technical result is an increase in the reliability and accuracy of the obtained geospatial data due to the use of laser scanning technologies in three-dimensional space. The method comprises the stages of creating a planimetric-altitude justification in a local coordinate system based on control points in the controlled area, installing geodetic control and measuring equipment at control points on the structural elements of the engineering object, with the help of which in-kind observations are performed using geodetic methods for planimetric-altitude displacements of the structural elements of the engineering object, while additionally integrating digital sensors, with the help of which geospatial data are obtained based on the X, Y, Z coordinates of the structural elements of the engineering object.
Недостатком этого способа является отсутствие оперативной площадной оценки перемещений и деформаций земной поверхности, объектов и их элементов, контроля опасных экзогенных процессов, контроля состояния грунтового массива, в том числе температурного режима грунтов основания.The disadvantage of this method is the lack of operational area assessment of movements and deformations of the earth's surface, objects and their elements, control of dangerous exogenous processes, control of the condition of the soil mass, including the temperature regime of the foundation soils.
Известен способ проведения геотехнического мониторинга линейных сооружений и площадных объектов на основе воздушного лазерного сканирования (см. патент № RU 2655956 С1, опубл. 30.05.2018). Изобретение относится к способам дистанционного геотехнического мониторинга линейных сооружений и площадных объектов. Сущность способа: проводят воздушное лазерное сканирование местности, дешифрируют экзогенные геологические процессы и инженерно-геологические условия, проводят режимные наблюдения за выявленными экзогенными геологическими процессами и выявляют появление новых экзогенных геологических процессов. Технический результат: повышение точности результатов мониторинга.A method for conducting geotechnical monitoring of linear structures and area objects based on airborne laser scanning is known (see patent No. RU 2655956 C1, published on 30.05.2018). The invention relates to methods for remote geotechnical monitoring of linear structures and area objects. The essence of the method: airborne laser scanning of the area is carried out, exogenous geological processes and engineering-geological conditions are deciphered, regime observations of the identified exogenous geological processes are carried out and the emergence of new exogenous geological processes is detected. Technical result: increased accuracy of monitoring results.
Недостатком указанного выше технического решения является отсутствие определения изменения пространственного положения и деформаций объектов, изменения свойств грунтов основания (температурного режима).The disadvantage of the above technical solution is the lack of determination of changes in the spatial position and deformations of objects, changes in the properties of the base soils (temperature conditions).
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа автоматизированных измерений и дистанционной передачи данных для геотехнического мониторинга объектов добычи газа.The task that the claimed invention is aimed at solving is the creation of a method for automated measurements and remote data transmission for geotechnical monitoring of gas production facilities.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение эффективности проведения геотехнического мониторинга на месторождениях газа за счет сокращения трудоемких классических наблюдений в ручном режиме (нивелирование) и оптимизации геотехнического мониторинга путем комплексирования наземных и аэрокосмических методов контроля с применением системы автоматизации измерений и дистанционной передачи данных.The technical result of the declared technical solution is to increase the efficiency of geotechnical monitoring at gas fields by reducing labor-intensive classical manual observations (leveling) and optimizing geotechnical monitoring by integrating ground-based and aerospace monitoring methods using a system for automated measurements and remote data transmission.
Система автоматизированных измерений и дистанционной передачи данных для геотехнического мониторинга объектов добычи газа (далее - Система), состоит из:The automated measurement and remote data transmission system for geotechnical monitoring of gas production facilities (hereinafter referred to as the System) consists of:
- блока дистанционного контроля - спутниковые наблюдения по данным радиолокационных и оптических съемок (далее - БДК (СН)), включающего: стэки радиолокационных снимков, оптические снимки, пункты контроля БДК (СН) (естественные постоянные отражатели), каналообразующие средства связи;- a remote control unit - satellite observations based on radar and optical survey data (hereinafter referred to as RCBU (SN)), including: stacks of radar images, optical images, RCBU (SN) control points (natural permanent reflectors), and channel-forming communication facilities;
- блока дистанционного контроля - наземное лазерное сканирование объектов (далее - БДК (НЛС)), включающего: наземный лазерный сканер, пункты контроля БДК (НЛС) (станции сканирования, рефлекторные марки), полевой персональный компьютер со специализированным программным обеспечением, каналообразующие средства связи;- a remote control unit - ground-based laser scanning of objects (hereinafter referred to as RCBU (NLS)), including: a ground-based laser scanner, RCBU (NLS) control points (scanning stations, reflector marks), a field personal computer with specialized software, and channel-forming communication equipment;
- блока автоматизированного параметрического контроля (далее - БАПК), включающего: пункты контроля БАПК (датчики контроля кренов, осадок и деформаций объектов и их элементов, датчики температуры грунтов основания), каналообразующие средства связи и общую шину информационного обмена, станции сбора и преобразования данных с каналообразующими средствами связи;- an automated parametric control unit (hereinafter referred to as APCU), including: APCU control points (sensors for monitoring the tilt, settlement and deformation of objects and their elements, temperature sensors for the foundation soils), channel-forming communication facilities and a common information exchange bus, data collection and conversion stations with channel-forming communication facilities;
- блока маркшейдерско-геодезического контроля классическими методами (нивелирование) (далее - БМГК), включающего нивелир, пункты контроля БМГК (реперы маркшейдерской опорной сети и геодезической сети, деформационные марки), каналообразующие средства связи;- a block of mine surveying and geodetic control using classical methods (leveling) (hereinafter referred to as BMGC), including a level, BMGC control points (benchmarks of the mine surveying reference network and geodetic network, deformation marks), and channel-forming communication facilities;
- сервера мониторинга, включающего: автоматизированное рабочее место оператора с ПЭВМ на базе процессора (Intel/AMD/Эльбрус), каналообразующие средства связи; при этом БДК (СН) соединен через каналообразующие средства связи по каналам связи с каналообразующими средствами связи сервера мониторинга; БДК (НЛС) соединен через каналообразующие средства связи по каналам связи с каналообразующими средствами связи сервера мониторинга; БАПК, включая датчики контроля кренов, осадок и деформаций объектов и их элементов, датчики температуры грунтов основания, станции сбора и преобразования данных с каналообразующими средствами связи, соединен через каналообразующие средства связи по каналам связи с каналообразующими средствами связи сервера мониторинга; БМГК соединен через каналообразующие средства связи по каналам связи с каналообразующими средствами связи сервера мониторинга; при этом каналообразующие средства связи сервера мониторинга соединены с автоматизированным рабочим местом оператора с ПЭВМ на базе процессора (Intel/AMD/Эльбрус), при этом ПЭВМ на базе процессора (Intel/AMD/Эльбрус) автоматизированного рабочего места оператора мониторинга выполняет следующие функции:- a monitoring server including: an automated operator workstation with a PC based on a processor (Intel/AMD/Elbrus), channel-forming communication facilities; wherein the BDK (SN) is connected via channel-forming communication facilities via communication channels to the channel-forming communication facilities of the monitoring server; the BDK (NLS) is connected via channel-forming communication facilities via communication channels to the channel-forming communication facilities of the monitoring server; the BAPK, including sensors for monitoring inclinations, settlements and deformations of objects and their elements, foundation soil temperature sensors, data collection and conversion stations with channel-forming communication facilities, is connected via channel-forming communication facilities via communication channels to the channel-forming communication facilities of the monitoring server; the BMGC is connected via channel-forming communication facilities via communication channels to the channel-forming communication facilities of the monitoring server; In this case, the channel-forming communication facilities of the monitoring server are connected to the automated operator workstation with a personal computer based on a processor (Intel/AMD/Elbrus), and the personal computer based on a processor (Intel/AMD/Elbrus) of the automated operator workstation of the monitoring performs the following functions:
- сбор, математическую обработку и архивирование поступающей информации от БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК, БМГК;- collection, mathematical processing and archiving of incoming information from the BDK (SN), BDK (NLS), BAPK, BMGC;
- вычисление контролируемых параметров;- calculation of controlled parameters;
- определение отклонения контролируемых параметров от предельных значений;- determination of deviation of controlled parameters from limit values;
- создание информационной модели объекта;- creation of an information model of the object;
- ведение автоматизированной базы данных по объекту, включая первичную информацию, измерения, результаты обработки, аналитическую информацию;- maintaining an automated database for the object, including primary information, measurements, processing results, analytical information;
- непрерывный автоматизированный контроль состояния объекта и его элементов;- continuous automated monitoring of the state of the object and its elements;
- подготовка отчетов в автоматизированном режиме;- preparation of reports in automated mode;
- вывод на экран сообщения о наличии превышения предельных значений.- displaying a message on the screen about the presence of exceeded limit values.
В качестве каналообразующих средств связи Системы используются спутниковые автономные каналы, каналы LPWAN, GSM модемы, Flash-накопители, Ethernet кабели, проводные каналы (оптоволокно, витая пара).Satellite autonomous channels, LPWAN channels, GSM modems, flash drives, Ethernet cables, and wired channels (fiber optics, twisted pair) are used as channel-forming communication means of the System.
Технический результат достигается заявленным способом за счет того, что:The technical result is achieved by the declared method due to the fact that:
- создают информационную модель объектов добычи газа в любом доступном специализированном программном продукте на основе собранных и полученных данных, включая проектную, исполнительную документацию;- create an information model of gas production facilities in any available specialized software product based on the collected and received data, including design and executive documentation;
- выполняют радиолокационную интерферометрическую съемку со спутника на заданную территорию с последующей интерферометрической обработкой стэков (комплектов) радиолокационных космических снимков, выявляют пункты БДК (СН) - естественные постоянные отражатели (далее - ЕПО) на объектах добычи газа;- perform radar interferometric survey from a satellite over a given territory with subsequent interferometric processing of stacks (sets) of radar space images, identify BDK (SN) points - natural permanent reflectors (hereinafter - EPR) at gas production facilities;
- осуществляют установку на объектах добычи газа элементов Системы, включая пункты контроля и оборудование (в том числе станции сбора и преобразования данных, каналообразующие средства связи) БДК (НЛС), БАПК, БМГК;- install elements of the System at gas production facilities, including control points and equipment (including data collection and conversion stations, channel-forming communication facilities) of the BDK (NLS), BAPK, BMGC;
- выполняют определение начального пространственного положения установленных на объектах пунктов контроля Системы (БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК, БМГК);- determine the initial spatial position of the System’s control points installed at the facilities (BDK (SN), BDK (NLS), BAPK, BMGC);
- полученные данные начального пространственного положения пунктов контроля Системы (БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК, БМГК) по каналообразующим средствам связи передают на сервер мониторинга и далее на рабочее место оператора Системы;- the received data on the initial spatial position of the System control points (BDK (SN), BDK (NLS), BAPK, BMGC) are transmitted via channel-forming communication means to the monitoring server and then to the workstation of the System operator;
- полученные данные начального пространственного положения пунктов контроля Системы (БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК, БМГК) выгружают в информационную модель объектов добычи газа, выполняют увязку всех пространственных данных в единую систему координат;- the obtained data on the initial spatial position of the System control points (BDK (SN), BDK (NLS), BAPK, BMGC) are uploaded to the information model of gas production facilities, and all spatial data are linked into a single coordinate system;
- выполняют нулевой и последующий циклы измерений на пунктах контроля Системы (БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК, БМГК) с заданной периодичностью;- perform zero and subsequent measurement cycles at the System control points (BDK (SN), BDK (NLS), BAPK, BMGC) with a specified frequency;
- выполняют с помощью БДК (СН) дистанционное пространственное определение вертикальных перемещений и скорости вертикальных перемещений земной поверхности и объектов добычи газа с периодичностью не менее 12 раз в каждый бесснежный период. В информационной модели объектов добычи газа выполняют классифицирование территории и объектов по отношению текущих значений вертикальных перемещений, скорости вертикальных перемещений, полученных БДК (СН), к их предельным значениям, установленным нормативной, проектной или иной документацией, выполняют выявление объектов с разными классами значений, создают (корректируют) модель перемещений и деформаций территории и объектов добычи газа;- perform remote spatial determination of vertical displacements and the speed of vertical displacements of the earth's surface and gas production facilities with the help of the BDK (SN) with a frequency of at least 12 times during each snow-free period. In the information model of gas production facilities, classify the territory and facilities based on the ratio of the current values of vertical displacements, the speed of vertical displacements obtained by the BDK (SN) to their limit values established by regulatory, design or other documentation, identify objects with different classes of values, create (correct) a model of displacements and deformations of the territory and gas production facilities;
- в зависимости от полученного класса значений по данным БДК (СН), выбирают (корректируют) объекты и места установки пунктов контроля БДК (НЛС), устанавливают периодичность и выполняют с помощью БДК (НЛС) высокоточное автоматизированное определение пространственного положения в трехмерном формате (координаты х, у, z) и, далее, по осям х, у, z измеряют перемещения и деформации, скорость перемещений и деформаций фундаментов и конструкций объектов. В информационной модели объектов выполняют классифицирование значений, полученных БДК (НЛС), по отношению к предельным значениям, установленным нормативной, проектной или иной документацией, выявляют участки фундаментов и конструкций объектов с разными классами значений, создают трехмерные модели объектов и деформаций объектов, детализируют модель перемещений и деформаций объектов добычи газа;- depending on the obtained class of values according to the BDK (SN) data, objects and locations for installing BDK (NLS) control points are selected (corrected), the frequency is set and high-precision automated determination of the spatial position in three-dimensional format (coordinates x, y, z) is performed using the BDK (NLS) and, then, along the x, y, z axes, movements and deformations, the speed of movements and deformations of the foundations and structures of objects are measured. In the information model of objects, the values obtained by the BDK (NLS) are classified in relation to the limit values established by regulatory, design or other documentation, sections of foundations and structures of objects with different classes of values are identified, three-dimensional models of objects and deformations of objects are created, the model of movements and deformations of gas production objects is detailed;
- в зависимости от установленных классов значений деформаций, скоростей деформаций участков фундаментов и конструкций объектов по данным БДК (НЛС) определяют/корректируют количество и места размещения пунктов контроля БАПК, выполняют непрерывный автоматизированный параметрический контроль углов наклона и деформаций с дистанционной передачей данных в режиме реального времени в информационную модель объектов, детализируют модель перемещений и деформаций объектов добычи газа по данным непрерывного контроля;- depending on the established classes of deformation values, deformation rates of foundation sections and structures of objects according to the BDK (NLS) data, the number and locations of the BAPK control points are determined/corrected, continuous automated parametric control of tilt angles and deformations is performed with remote transmission of data in real time to the information model of the objects, the model of movements and deformations of gas production objects is detailed according to continuous control data;
- выполняют автоматизированный контроль температурного режима грунтов с определенной периодичностью (для объектов, расположенных на Крайнем Севере), в информационной модели объектов сопоставляют результаты с результатами модели перемещений и деформаций;- carry out automated monitoring of the soil temperature regime at certain intervals (for objects located in the Far North), and compare the results with the results of the displacement and deformation model in the information model of the objects;
- в пунктах контроля БМГК, выбранных с учетом работы всей системы мониторинга, выполняют нивелирование по деформационным маркам (классический метод наблюдений) и выполняют верификацию модели перемещений и деформаций;- at the BMGC control points, selected taking into account the operation of the entire monitoring system, leveling is performed according to deformation marks (classical observation method) and verification of the displacement and deformation model is performed;
- после каждого цикла наблюдений (данные непрерывного контроля поступают в режиме реального времени) осуществляет выгрузку данных в информационную модель объекта и построение комплексных двухмерных и трехмерных моделей перемещений, деформаций и их скоростей, температуры грунтов оснований. Выполняют комплексную оценку состояния объектов добычи газа по отношению к проектному.- after each observation cycle (continuous monitoring data is received in real time) uploads data to the object's information model and builds complex two-dimensional and three-dimensional models of displacements, deformations and their speeds, and the temperature of the foundation soils. Performs a comprehensive assessment of the state of gas production facilities in relation to the design.
Способ автоматизированных измерений и дистанционной передачи данных для геотехнического мониторинга объектов добычи газа выполняется описанным ниже образом.The method of automated measurements and remote data transmission for geotechnical monitoring of gas production facilities is performed as described below.
Создают цифровую информационную модель объектов добычи газа с использованием специализированных геоинформационных программных продуктов и САПР-платформ, имеющих средства создания и редактирования цифровых карт и планов, обработки данных дистанционного зондирования Земли, выполнения различных измерений и расчетов, построения 3D-моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в цифровом и печатном виде, а также инструментальные средства для работы с базами данных. Цифровую информационную модель создают на основе геотехнических, инженерно-технологических данных об объекте, инженерно-геологических, инженерно-геокриологических данных грунтов оснований объекта, представленных в цифровом объектно-пространственном виде, фотографических материалах.A digital information model of gas production facilities is created using specialized geoinformation software products and CAD platforms that have tools for creating and editing digital maps and plans, processing Earth remote sensing data, performing various measurements and calculations, building 3D models, processing raster data, tools for preparing graphic documents in digital and printed form, as well as tools for working with databases. A digital information model is created based on geotechnical, engineering and technological data about the facility, engineering-geological, engineering-geocryological data of the soils of the foundations of the facility, presented in a digital object-spatial form, photographic materials.
Выполняют радиолокационную интерферометрическую съемку со спутника в ультракоротковолновой (сверхвысокочастотной) области радиоволн, в Х-диапазоне или С-диапазоне на заданную территорию с последующей интерферометрической обработкой стэков (комплектов) радиолокационных космических снимков (количество снимков в стэке не менее 15 шт. для обеспечения достоверности результатов) методом естественных постоянных отражателей (далее - ЕПО) [Hooper, A., Zebker, Н. A., Segall, P., al, е.А new method for measuring deformation on volcanoes and other natural terrains using InSAR persistent scatterers. Geophysical Research Letters, 31(L23611), 2004; Hooper, A. A multi-temporal InSAR method incorporating both persistent scatterer and small baseline approaches. Geophys. Res. Lett. 2008; Феоктистов А.А., Захаров А.И., Гусев M.A., Денисов П.В. Исследование зависимости результатов обработки радиолокационных данных ДЗЗ от параметров обработки. Часть 4. Основные направления развития метода постоянных рассеивателей; ключевые моменты методов SqueeSAR и StaMPS// Журнал радиоэлектроники [электронный журнал], 2017].Carry out radar interferometric survey from a satellite in the ultra-short-wave (ultra-high-frequency) region of radio waves, in the X-band or C-band on a given territory with subsequent interferometric processing of stacks (sets) of radar space images (the number of images in a stack is not less than 15 pcs. to ensure the reliability of the results) using the natural permanent reflector method (hereinafter - NPR) [Hooper, A., Zebker, H. A., Segall, P., al, e.A new method for measuring deformation on volcanoes and other natural terrains using InSAR persistent scatterers. Geophysical Research Letters, 31(L23611), 2004; Hooper, A. A multi-temporal InSAR method incorporating both persistent scatterer and small baseline approaches. Geophys. Res. Lett. 2008; Feoktistov A.A., Zakharov A.I., Gusev M.A., Denisov P.V. Study of dependence of results of processing of remote sensing radar data on processing parameters. Part 4. Main directions of development of the method of permanent scatterers; key points of the SqueeSAR and StaMPS methods// Journal of Radio Electronics [electronic journal], 2017].
Выявляют пункты контроля БДК (СН) - естественные постоянные отражатели (далее - ЕПО) на объектах добычи газа.They identify control points of the BDK (SN) - natural permanent reflectors (hereinafter - EPO) at gas production facilities.
Применение БДК (СН) позволяет оптимизировать количество пунктов контроля БДК (НЛС), БАПК, БМГК.The use of BDK (SN) allows optimizing the number of BDK (NLS), BAPK, and BMGC control points.
Осуществляют установку на объектах добычи газа элементов Системы:They install the following System elements at gas production facilities:
- пунктов контроля БДК (НЛС) (станций сканирования, рефлекторных марок),- control points of the BDK (NLS) (scanning stations, reflector marks),
- пунктов контроля БАПК (датчики контроля кренов, осадок и деформаций объектов и их элементов, датчики температуры грунтов основания),- BAPK control points (sensors for monitoring the tilt, settlement and deformation of objects and their elements, temperature sensors of the foundation soils),
- пунктов контроля БМГК (реперов маркшейдерской опорной сети и геодезической сети, деформационных марок),- BMGC control points (benchmarks of the mine surveying support network and geodetic network, deformation marks),
- оборудования (в том числе станции сбора и преобразования данных, каналообразующие средства связи) БДК (НЛС), БАПК, БМГК.- equipment (including data collection and conversion stations, channel-forming communication facilities) of the BDK (NLS), BAPK, BMGC.
Пункты БДК (НЛС) устанавливают на объектах временно перед выполнением каждого цикла сканирования. Пункты БАПК устанавливают в преимущественно беспроводной комплектации, например, с магнитным креплением и с использованием средств беспроводной дистанционной передачи данных, для обеспечения их мобильности. Пункты БМГК устанавливают на постоянной основе в количестве, достаточном для верификации наблюдений, и сокращают до 70% по сравнению с текущими проектами геотехнического мониторинга.The BDK (NLS) points are installed at the sites temporarily before each scanning cycle. The BAPK points are installed in a predominantly wireless configuration, for example, with magnetic fastening and using wireless remote data transmission facilities, to ensure their mobility. The BMGC points are installed on a permanent basis in a quantity sufficient to verify observations, and are reduced to 70% compared to current geotechnical monitoring projects.
Расположение, выбор типов и количества элементов Системы осуществляют на основе размеров, геометрии, сложности конструкций объектов добычи газа, прогнозных величин ожидаемых перемещений, деформаций и температуры грунтов оснований, с учетом комплексирования методов аэрокосмического и наземного мониторинга.The arrangement, selection of types and quantity of elements of the System are carried out on the basis of the dimensions, geometry, complexity of the structures of gas production facilities, predicted values of expected movements, deformations and temperatures of the foundation soils, taking into account the integration of aerospace and ground monitoring methods.
Выполняют определение начального пространственного положения установленных пунктов контроля Системы (БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК, БМГК).They determine the initial spatial position of the established control points of the System (BDK (SN), BDK (NLS), BAPK, BMGC).
Полученные данные начального пространственного положения пунктов контроля Системы (БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК, БМГК) по каналообразующим средствам связи передают на сервер мониторинга, далее на рабочее место оператора Системы, выгружают в информационную модель объектов добычи газа, выполняют увязку всех пространственных данных в единую систему координат.The received data on the initial spatial position of the System control points (BDK (SN), BDK (NLS), BAPK, BMGC) are transmitted via channel-forming communication means to the monitoring server, then to the System operator’s workstation, uploaded to the information model of gas production facilities, and all spatial data are linked into a single coordinate system.
Осуществляют проведение нулевого и последующих циклов геотехнического мониторинга. Для этого выполняют нулевой и последующий циклы измерений на пунктах контроля Системы с заданной периодичностью.Conduct zero and subsequent cycles of geotechnical monitoring. For this purpose, zero and subsequent cycles of measurements are performed at the System control points with a specified frequency.
Циклы с применением БДК (СН) выполняют с периодичностью не менее 12 раз в каждый бесснежный период. В результате обработки серии (стэков) радиолокационных снимков вычисляют в любом специализированном доступном программном продукте значения перемещений ЕПО по направлению на спутник, среднегодовую скорость перемещений ЕПО на спутник на каждую дату наблюдений, пересчитывают перемещения и скорость перемещений на вертикаль [Ferretti, А., С. Prati, and F. Rocca, «Permanent scatterers in SAR interferometry», IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 39(1), 8-20, 2001]. Осуществляют выгрузку данных радиолокационной интерферометрии в информационную модель объектов добычи газа на нулевом цикле мониторинга и последующих циклах и увязку полученных данных в единую систему координат. Совмещают данные радиолокационной интерферометрии с данными оптической съемки для пространственного анализа.Cycles using the BDK (SN) are performed with a frequency of at least 12 times in each snow-free period. As a result of processing a series (stacks) of radar images, the values of the EPO movements in the direction of the satellite, the average annual velocity of the EPO movements to the satellite on each observation date are calculated in any specialized available software product, the movements and the velocity of vertical movements are recalculated [Ferretti, A., C. Prati, and F. Rocca, “Permanent scatterers in SAR interferometry”, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 39(1), 8-20, 2001]. The radar interferometry data are unloaded into the information model of gas production facilities at the zero monitoring cycle and subsequent cycles, and the obtained data are linked into a single coordinate system. The radar interferometry data are combined with the optical survey data for spatial analysis.
На каждом цикле наблюдений вычисляют изменение вертикальных перемещений (по оси z) относительно нулевого и предыдущего цикла наблюдений. По заданным пространственным координатам (х, у) в выбранных точках осуществляют верификацию данных БДК (СН) по данным нивелирования по пунктам БМГК.At each observation cycle, the change in vertical displacements (along the z axis) is calculated relative to the zero and previous observation cycle. According to the specified spatial coordinates (x, y) at the selected points, the BDK (SN) data is verified according to the leveling data at the BMGC points.
Выполняют сравнение текущих значений вертикальных перемещений и их скоростей, полученных БДК (СН) с предельными значениями, установленными проектной, нормативной или иной документацией. Выполняют классифицирование территории и объектов по отношению текущих значений на каждом цикле наблюдений к предельным значениям, выполняют выявление объектов с разными классами значений. В случае превышения предельного значения формируется в журнале сообщение о регистрации соответствующего события по результатам каждого цикла наблюдений БДК (СН).The current values of vertical displacements and their speeds obtained by the BDK (SN) are compared with the limit values established by design, regulatory or other documentation. The territory and objects are classified based on the ratio of the current values at each observation cycle to the limit values, and objects with different classes of values are identified. If the limit value is exceeded, a message is generated in the log about the registration of the corresponding event based on the results of each BDK (SN) observation cycle.
В информационной модели объектов создают на нулевом цикле и корректируют при последующих циклах наблюдений модель перемещений и деформаций территории и объектов добычи газа - по данным БДК (СН) на каждом цикле наблюдений создают карты деформаций в 2D-формате по всему месторождению.In the information model of objects, a model of displacements and deformations of the territory and gas production facilities is created at the zero cycle and adjusted during subsequent observation cycles - according to the BDK (SN) data, deformation maps are created in 2D format for the entire field at each observation cycle.
В зависимости от полученного класса значений перемещений по данным БДК (СН) выбирают (корректируют) объекты и места установки пунктов контроля БДК (НЛС), устанавливают (корректируют) периодичность выполнения циклов БДК (НЛС) на объектах. На нулевом цикле геотехнического мониторинга наземное лазерное сканирование выполняют на всех объектах добычи газа. При развитии деформаций, близких к предельным значениям, рекомендованная периодичность сканирования - не менее 1 раза в три года, при развитии деформаций, близких или превышающих предельные значения, рекомендованная периодичность сканирования - не менее 1 раза в год.Depending on the obtained class of displacement values, according to the BDK (SN) data, objects and locations for installing BDK (NLS) control points are selected (adjusted), and the frequency of performing BDK (NLS) cycles at the objects is established (adjusted). At the zero cycle of geotechnical monitoring, ground laser scanning is performed at all gas production facilities. When deformations develop close to the limit values, the recommended scanning frequency is at least once every three years; when deformations develop close to or exceed the limit values, the recommended scanning frequency is at least once a year.
С заданной периодичностью на выбранных объектах добычи газа осуществляют наземное лазерное сканирование путем определения координат точек (со скорость до 2 миллионов точек в секунду) посредством измерения лазерным лучом углов и расстояний от сканера до видимых (отражающих) точек поверхности объекта и осуществляют регистрацию соответствующих направлений (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трехмерного изображения (скана) в виде облака точек. Выполняют сравнение в любом доступном специализированном программном продукте точечных моделей объекта, полученных на разных циклах сканирования, с целью выявления перемещений/деформаций грунтовых оснований, фундаментов, конструкций объекта. Полученные данные БДК (НЛС) выгружают в информационную модель объектов добычи газа. Осуществляют увязку полученных данных контроля в единую систему координат с данными БДК (СН).At a specified frequency, ground laser scanning is performed at selected gas production facilities by determining the coordinates of points (at a speed of up to 2 million points per second) by measuring the angles and distances from the scanner to visible (reflective) points on the surface of the facility with a laser beam, and the corresponding directions (vertical and horizontal angles) are recorded, followed by the formation of a three-dimensional image (scan) in the form of a point cloud. A comparison is performed in any available specialized software product of the point models of the facility obtained in different scanning cycles in order to identify movements/deformations of soil bases, foundations, and facility structures. The obtained BDK (NLS) data are uploaded to the information model of gas production facilities. The obtained control data are linked into a single coordinate system with the BDK (SN) data.
Выполняют классифицирование полученных значений на каждом цикле БДК (НЛС) по отношению к предельным значениям, установленным нормативной, проектной или иной документацией, выявляют участки фундаментов и конструкций объектов с разными классами значений, детализируют модель перемещений и деформаций объектов добычи газа. В информационной модели объектов создают твердотельную модель объекта и выполняют ее корректировку при изменении геометрии объекта. В зависимости от установленных классов значений деформаций, скоростей деформаций участков фундаментов и конструкций объектов по данным БДК (НЛС) определяют (корректируют) типы, количество и места размещения пунктов контроля БАПК в точках наибольших перемещений/напряжений фундаментов и конструкций объектов. При этом при обнаружении деформаций объекта и его элементов близких или превышающих предельные значения частота сети пунктов контроля БАПК сгущается.The obtained values are classified at each BDK (NLS) cycle in relation to the limit values established by regulatory, design or other documentation, sections of foundations and structures of objects with different classes of values are identified, the model of displacements and deformations of gas production objects is detailed. A solid model of the object is created in the information model of objects and adjusted when the geometry of the object changes. Depending on the established classes of deformation values, deformation rates of foundation sections and structures of objects, according to the BDK (NLS) data, the types, number and locations of the BAPK control points at the points of the greatest displacements/stresses of foundations and structures of objects are determined (adjusted). In this case, when deformations of the object and its elements are detected that are close to or exceed the limit values, the frequency of the BAPK control point network is condensed.
В пунктах контроля БАПК осуществляют регистрацию углов наклона сооружений, перемещений и деформаций в режиме реального времени, непрерывно, регистрацию температуры грунтов основания сооружений с заданной периодичностью, с дистанционной передачей данных. Зарегистрированные значения с датчиков (инклинометров, тензометров, виброметров, устройств для контроля температурного режима грунтов основания сооружений) передаются на вход информационной модели объекта, где вычисляют параметры деформаций (например, относительной неравномерной осадки AS/L=tg (р) фундаментов и конструкций объектов. Осуществляют увязку полученных данных контроля в единую систему координат.The BAPK control points record the angles of inclination of structures, displacements and deformations in real time, continuously, record the temperature of the soils of the foundation of structures with a given frequency, with remote data transmission. The registered values from the sensors (inclinometers, strain gauges, vibrometers, devices for monitoring the temperature regime of the soils of the foundation of structures) are transmitted to the input of the information model of the object, where the deformation parameters are calculated (for example, the relative uneven settlement AS/L=tg (p) of the foundations and structures of the objects. The obtained control data are linked into a single coordinate system.
Выполняют сравнение текущих значений перемещений и деформаций и их скоростей, полученных в режиме реального времени «непрерывно» (температуры грунтов с заданной периодичностью, не менее 2 раз в год) при помощи БАПК, с предельными значениями, установленными проектной, нормативной или иной документацией.A comparison is made of the current values of displacements and deformations and their speeds, obtained in real time “continuously” (soil temperatures with a given frequency, at least 2 times a year) using the BAPK, with the limit values established by design, regulatory or other documentation.
Выполняют классифицирование полученных значений по отношению к предельным значениям, установленным нормативной, проектной или иной документацией, выявляют участки фундаментов и конструкций объектов с разными классами значений, осуществляют в режиме реального времени корректировку модели перемещений и деформаций объектов добычи газа в точках наибольших напряжений/перемещений. В случае превышения предельного значения формируется в журнале сообщение о регистрации соответствующего события в режиме реального времени.Classify the obtained values in relation to the limit values established by regulatory, design or other documentation, identify sections of foundations and structures of objects with different classes of values, and adjust the model of displacements and deformations of gas production objects at the points of greatest stress/displacement in real time. If the limit value is exceeded, a message is generated in the log about the registration of the corresponding event in real time.
В пунктах контроля БМГК, выбранных с учетом работы всей системы мониторинга, проводят циклы геометрического нивелирования по деформационным маркам для верификации данных спутниковых и автоматизированных наземных методов контроля с точностью, характеризующейся средней квадратической погрешностью в соответствии с ГОСТ 24846, периодичностью не менее 2 раз в год, осуществляют выгрузку данных в информационную модель объектов добычи газа и увязку полученных данных в единую систему координат, вычисляют вертикальные перемещения и деформации (относительную неравномерную осадку) фундаментов, конструкций объектов и их скорости в пунктах контроля БМГК, выполняют верификацию модели перемещений и деформаций.At the BMGC control points selected taking into account the operation of the entire monitoring system, geometric leveling cycles are carried out using deformation marks to verify data from satellite and automated ground-based control methods with an accuracy characterized by the mean square error in accordance with GOST 24846, with a frequency of at least 2 times a year, data is uploaded to the information model of gas production facilities and the obtained data is linked into a single coordinate system, vertical displacements and deformations (relative uneven settlement) of foundations, structures of objects and their speeds are calculated at the BMGC control points, and the displacement and deformation model is verified.
В информационной модели объектов создают на нулевом цикле и корректируют при последующих циклах наблюдений модель перемещений и деформаций территории и объектов добычи газа. Создают карты деформаций на уровне месторождения по данным БДК (СН), уточняют их и создают 3D-модели объектов и деформаций по данным БДК (НЛС), а в режиме реального времени в точках наибольших напряжений/деформаций выполняют оперативную оценку изменений геометрии расположения и деформаций конструкций объекта, детализируют модель перемещений и деформаций объектов добычи газа по данным БАПК. По данным БАПК (термометрия) выявляют обеспечение твердомерзлого состояния грунтов основания в зоне воздействия объекта по установленному предельному значению температуры грунтов - определяют температуру начала деформаций оснований по данным построенных кросс-плотов деформации/температура.In the information model of objects, a model of displacements and deformations of the territory and gas production facilities is created at the zero cycle and adjusted in subsequent observation cycles. Deformation maps are created at the field level based on the BDK (SN) data, they are refined and 3D models of objects and deformations are created based on the BDK (NLS) data, and in real time at the points of greatest stresses/deformations, an operational assessment of changes in the geometry of the location and deformations of the object's structures is performed, and the model of displacements and deformations of gas production facilities is detailed based on the BAPK data. Based on the BAPK data (thermometry), the provision of a solid frozen state of the foundation soils in the impact zone of the object is identified based on the established limit value of the soil temperature - the temperature of the onset of deformations of the foundations is determined based on the data of the constructed deformation/temperature cross-plots.
Результаты разновременных и разнопериодных наблюдений сравнивают на основе анализа трендов (скоростей изменения) получаемых параметров, измеренных разными методами. Расчет параметров трендов осуществляют в единой временной шкале, что позволяет выполнять единые ретроспективные оценки изменения параметров и прогноз с различной степенью достоверности результатов (чем больше временной ряд данных, тем достоверность выше), при этом нулевой точкой отсчета принимается дата, когда был выполнен «нулевой» цикл наблюдений.The results of observations of different times and periods are compared based on the analysis of trends (rates of change) of the obtained parameters measured by different methods. The calculation of trend parameters is carried out on a single time scale, which allows for uniform retrospective assessments of parameter changes and forecasts with varying degrees of reliability of the results (the longer the time series of data, the higher the reliability), with the zero reference point being the date when the "zero" cycle of observations was performed.
Выполняют автоматизированную оценку состояния по каждому параметру и в целом для объекта, выполняют оценку работоспособности объекта по результатам геотехнического мониторинга (по критериям СП 22.13330.2016).They perform an automated assessment of the condition for each parameter and for the object as a whole, and they perform an assessment of the object’s operability based on the results of geotechnical monitoring (according to the criteria of SP 22.13330.2016).
Заявляемое изобретение проиллюстрировано фигурами 1-5.The claimed invention is illustrated by Figures 1-5.
Фиг. 1 иллюстрирует данные по вертикальным перемещениям объектов добычи газа, полученные в результате применения спутниковой радиолокационной интерферометрии.Fig. 1 illustrates data on vertical movements of gas production objects obtained as a result of the use of satellite radar interferometry.
Фиг. 2 - Участки с различной скоростью вертикальных перемещений (Vs) объектов обустройства кустовой площадки, выделенные по данным спутниковой радиолокации и верифицированные по данным нивелирования.Fig. 2 - Sections with different vertical displacement rates (Vs) of well pad facilities, identified using satellite radar data and verified using leveling data.
Фиг. 3 - Фрагмент твердотельной 3D-модели объекта добычи газа, созданной по данным наземного лазерного сканирования.Fig. 3 - Fragment of a solid 3D model of a gas production facility created using ground-based laser scanning data.
Фиг. 4 - Трехмерная модель деформаций, полученная по результатам двух циклов наземного лазерного сканирования кустовой площадки (на примере ГС) с отображаемой информацией в режиме реального времени блока параметрического контроля.Fig. 4 - Three-dimensional model of deformations obtained based on the results of two cycles of ground-based laser scanning of a well pad (using the example of a GS) with information displayed in real time by the parametric control unit.
Фиг. 5 - Относительная неравномерная осадка фундамента трубопроводной обвязки газовых скважин по данным инклинометров.Fig. 5 - Relative uneven settlement of the foundation of the pipeline piping of gas wells according to inclinometer data.
Пример осуществления способаExample of the method implementation
Способ предлагается для реализации в условиях эксплуатации на объектах добычи газа (например, кустовая площадка газовых скважин) Бованенковского месторождения.The method is proposed for implementation under operating conditions at gas production facilities (for example, a well pad of gas wells) of the Bovanenkovo field.
Используют данные:Use data:
- БДК (СН), обработанная методом радиолокационной интерферометрии серия снимков не менее 15 шт., по выявленным на объекте ЕПО в количестве 80 шт (средняя плотность ЕПО 5800 шт/1 кв. км);- BDK (SN), a series of images processed by the method of radar interferometry of at least 15 pieces, with 80 pieces of EPO identified at the facility (average density of EPO 5800 pieces/1 sq. km);
- БДК (НЛС), двух циклов наземного лазерного сканирования в начальный период установки Системы и через год, количество сцен сканирования - 60 шт. - BDK (NLS), two cycles of ground-based laser scanning during the initial period of the System installation and a year later, number of scanning scenes - 60 pcs.
- БАПК, непрерывного параметрического контроля, полученные в течение годового цикла, по 26 устройствам передачи данных с интегрированным инклинометром, расположенных на ростверках фундаментов трубопроводных обвязок газовых скважин и 6 устройствам передачи данных с интегрированным инклинометром и тензометром, расположенных на трубопроводных обвязках двух газовых скважин в центральной части кустовой площадки;- BAPK, continuous parametric monitoring, obtained during the annual cycle, for 26 data transmission devices with an integrated inclinometer, located on the grillages of the foundations of the pipeline piping of gas wells and 6 data transmission devices with an integrated inclinometer and strain gauge, located on the pipeline piping of two gas wells in the central part of the well pad;
- БМГК, нивелирования по 138 деформационным маркам для верификации данных (количество измерений сокращено на 70% от объемов измерений по текущим проектам).- BMGC, leveling by 138 deformation marks for data verification (the number of measurements has been reduced by 70% from the volume of measurements for current projects).
С использованием специализированных программных продуктов (ГИС «Панорама», nanoCAD), имеющих средства создания и редактирования цифровых карт и планов, обработки данных дистанционного зондирования Земли, выполнения различных измерений и расчетов, построения 3D-моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в цифровом и печатном виде, а также инструментальные средства для работы с базами данных на сервере мониторинга была создана информационная модель объектов добычи газа на основе собранных и представленных в цифровом объектно-пространственном виде геотехнических, инженерно-технологических данных об объекте, инженерно-геологических, инженерно-геокриологических данных грунтов оснований объекта, фотографических материалах.Using specialized software products (GIS "Panorama", nanoCAD), which have tools for creating and editing digital maps and plans, processing remote sensing data of the Earth, performing various measurements and calculations, building 3D models, processing raster data, tools for preparing graphic documents in digital and printed form, as well as tools for working with databases on the monitoring server, an information model of gas production facilities was created based on geotechnical, engineering and technological data about the facility, engineering-geological, engineering-geocryological data of the foundation soils of the facility, photographic materials collected and presented in digital object-spatial form.
Был выполнен подбор стэков спутниковых радиолокационных снимков, выполненных в ультракоротковолновой (сверхвысокочастотной) области радиоволн, в Х-диапазоне с длинами волн от 2,4 до 3,75 см или С-диапазоне с длинами волн от 3,75 до 7,5 см на заданную территорию наблюдений, сделанных на разные даты в одинаковой геометрии съемок, полученных РСА с двух близких, локально параллельных орбит, на территорию Бованенковского НГКМ. Разрешение снимков не менее 14×4 м.A selection of stacks of satellite radar images was performed, taken in the ultra-short-wave (super-high-frequency) region of radio waves, in the X-band with wavelengths from 2.4 to 3.75 cm or the C-band with wavelengths from 3.75 to 7.5 cm for a given observation area, made on different dates in the same geometry of the surveys, obtained by SAR from two close, locally parallel orbits, for the territory of the Bovanenkovo OGCF. The resolution of the images is not less than 14x4 m.
Выполнена интерферометрическая обработка подобранных стэков спутниковых радиолокационных снимков методом естественных постоянных отражателей PSInSAR (permanent/persistent scatterer interferometry) в специализированных программных продуктах.Interferometric processing of selected stacks of satellite radar images was performed using the method of natural permanent reflectors PSInSAR (permanent/persistent scatterer interferometry) in specialized software products.
Были выполнены основные этапы обработки спутниковых радиолокационных снимков методом постоянных отражателей перечислены ниже:The main stages of processing satellite radar images using the permanent reflector method were listed below:
1) корегистрация,1) coregistration,
2) расчет интерферограмм, построение карты когерентности и устранение топофазы,2) calculation of interferograms, construction of a coherence map and elimination of the topophase,
3) выбор точек, являющихся постоянными отражателями,3) selection of points that are permanent reflectors,
4) фильтрация (устранение фазового шума),4) filtering (elimination of phase noise),
5) оценка топографической составляющей,5) assessment of the topographic component,
6) селекция постоянных отражателей,6) selection of permanent reflectors,
7) развертка фазы,7) phase sweep,
8) пересчет фазовых значений в значения смещений в метрах. Результаты обработки серий радиолокационных данных методом постоянных отражателей, как правило, представляют собой набор точек, которые представляют собой ЕПО - элементы объектов инфраструктуры без дополнительных специальных отражающих средств, сохраняющие отражающие характеристики на всем периоде съемок.8) recalculation of phase values into displacement values in meters. The results of processing radar data series using the method of permanent reflectors, as a rule, represent a set of points that represent EPO - elements of infrastructure objects without additional special reflecting means, preserving reflective characteristics throughout the entire period of surveys.
ЕПО сконцентрированы на месторождении на металлоемкой инфраструктуре (площадные объекты - УКПГ и технологические комплексы, ЛЭП, трубопроводы, кустовые площадки).EPOs are concentrated at the deposit on metal-intensive infrastructure (area facilities - gas treatment plants and technological complexes, power lines, pipelines, well pads).
Было определено алгоритмом пространственное положение ЕПО.The spatial position of the EPO was determined by the algorithm.
Были проведены измерения с помощью алгоритма перемещений/деформаций поверхности Земли и объектов за период времени между съемками Т1 и Т2, используя информацию о длине радиолокационной волны и смещениях фазы регистрируемого спутником сигнала, произошедшей за промежуток времени Т2-Т1 и определены скорости вертикальных перемещений ЕПО.Measurements were made using the algorithm of displacements/deformations of the Earth's surface and objects during the period of time between the T1 and T2 surveys, using information on the length of the radar wave and phase shifts of the signal recorded by the satellite that occurred during the time interval T2-T1, and the velocities of vertical displacements of the EPO were determined.
Были созданы 2D-модели деформаций на основе спутниковых данных, выявлены объекты добычи газа с зафиксированными скоростями вертикальных перемещений близких или превышающих предельные значения (Фиг. 1).2D deformation models were created based on satellite data, and gas production facilities with recorded vertical displacement velocities close to or exceeding the limit values were identified (Fig. 1).
По результатам выполненного анализа БДК (СН) были зафиксированы вертикальные перемещения, в том числе на кустовой площадке газовых скважин, для которой были выделены участки с различными перемещениями (Фиг. 2).Based on the results of the performed analysis of the BDK (SN), vertical movements were recorded, including on the well pad of gas wells, for which sections with different movements were identified (Fig. 2).
На кустовой площадке по данным БДК (СН) были выделены 2 участка с различными скоростями вертикальных перемещений (деформаций) оснований, фундаментов объектов (Фиг. 2).On the well site, according to the BDK (SN) data, 2 sections with different speeds of vertical displacements (deformations) of the bases and foundations of objects were identified (Fig. 2).
- участок 1, относительно стабильный, преобладает пучение (тренд вертикальных перемещений положительный), скорость вертикальных перемещений Vs≤15 мм/год;- section 1, relatively stable, heaving prevails (the trend of vertical displacements is positive), the rate of vertical displacements Vs≤15 mm/year;
- участок 2 - преобладает осадка (тренд отрицательный), скорость вертикальных перемещений Vs≥15 мм/год.- section 2 - sedimentation prevails (negative trend), vertical displacement rate Vs≥15 mm/year.
Данные БДК (СН) были верифицированы по данным БМГК (нивелирования), выполняющегося на объекте с 2013 года, по которым так же выделяются данные участки (Фиг. 2).The BDK (SN) data were verified using the BMGC (leveling) data, which has been carried out at the site since 2013, according to which these areas are also identified (Fig. 2).
Для участка 2 относительная неравномерная осадка поверхности ΔS/L (мм/м), в зоне подработки, выявленная по данным БДК (СН) составляет 3,4 (мм/м), находится вблизи установленного нормативной документацией СП 21.13330.2012 предельного значения (3 мм/м). Таким образом, на участке 2 согласно СП 21.13330.2012 следует обратить внимание на устойчивость фундаментов сооружений.For section 2, the relative uneven surface settlement ΔS/L (mm/m) in the undermining zone, identified according to the BDK (SN) data, is 3.4 (mm/m), which is close to the limit value established by the regulatory documentation SP 21.13330.2012 (3 mm/m). Thus, in section 2, according to SP 21.13330.2012, attention should be paid to the stability of the foundations of the structures.
На кустовой площадке газовых скважин, с зафиксированными вертикальными перемещениями, были установлены пункты контроля БДК (НЛС) и БАПК, с учетом данных БДК (СН).At the well cluster site of gas wells, with recorded vertical movements, control points of the BDK (NLS) and BAPK were installed, taking into account the BDK (SN) data.
При этом на кусте газовых скважин были установлены два типа датчиков БАПК:In this case, two types of BAPK sensors were installed on the gas well cluster:
- устройства сбора и передачи данных с интегрированным инклинометром (26 шт.) предназначены для контроля за изменением углов наклона ростверков (на базе двутавров) фундаментов трубопроводных обвязок,- data collection and transmission devices with an integrated inclinometer (26 pcs.) are designed to monitor changes in the angles of inclination of grillages (based on I-beams) of pipeline piping foundations,
- устройства сбора и передачи данных с интегрированными инклинометром и тензометром (6 шт.) предназначены для контроля за деформацией трубопроводной обвязки в зоне между креплением к фонтанной арматуре и опорой на ростверк,- data collection and transmission devices with integrated inclinometer and strain gauge (6 pcs.) are designed to monitor the deformation of the pipeline piping in the area between the attachment to the wellhead fittings and the support on the grillage,
Измерительные пункты параметрического контроля размещены по линии батареи газовых скважин, где зафиксированы осадки из-за оттаивания многолетнемерзлых пород в околоскважинной зоне, в точках наибольших напряжений/деформаций на трубопроводных обвязках и их фундаментах.Measuring points for parametric control are located along the line of a battery of gas wells, where precipitation due to thawing of permafrost rocks in the near-wellbore zone is recorded, at points of greatest stress/deformation on pipeline piping and their foundations.
На ростверках ГС в центральной части куста газовых скважин, которая испытывает наибольшие осадки из-за оттаивания ММП, сеть датчиков сгущена. На трубопроводных обвязках этих двух скважин размещены устройства передачи данных с интегрированными инклинометрами и тензометрами в точках наибольших потенциальных напряжений/деформаций для выявления отклонений по двум осям х, у и напряженно-деформированного состояния трубопроводных обвязок.The sensor network is denser on the grillages of the gas wells in the central part of the gas well cluster, which experiences the greatest precipitation due to the thawing of the permafrost. Data transmission devices with integrated inclinometers and strain gauges are installed on the pipeline piping of these two wells at the points of the greatest potential stresses/strains to detect deviations along two axes x, y and the stress-strain state of the pipeline piping.
Устройства передачи данных с интегрированными инклинометрами размещены так же на противоположных краях площадок (на отметках 7 и 14 м) антенной опоры (высотой 14 м, фундамент из 4 свай) для контроля ее крена (относится к типу высотных объектов, которые испытывают осложнения, связанные с ветровой нагрузкой и динамикой многолетнемерзлых пород).Data transmission devices with integrated inclinometers are also placed on opposite edges of the platforms (at 7 and 14 m marks) of the antenna support (14 m high, 4-pile foundation) to monitor its tilt (refers to the type of high-rise objects that experience complications associated with wind loads and permafrost dynamics).
Установка датчиков выполнена в беспроводной комплектации, например, с магнитным креплением и с использованием средств беспроводной дистанционной передачи данных, для обеспечения мобильности пунктов параметрического контроля.The installation of sensors is carried out in a wireless configuration, for example, with magnetic fastening and using wireless remote data transmission means, to ensure the mobility of parametric control points.
На кустовой площадке размещены базовая станция сбора данных LPWAN (LoRaWAN) и антенна передачи данных по каналу GSM на сервер мониторинга, шкаф сбора данных (ШСД).The well site contains a base station for collecting LPWAN (LoRaWAN) data and an antenna for transmitting data via a GSM channel to the monitoring server, and a data collection cabinet (DCC).
На кустовой площадке размещены временные рефлекторные марки БДК (НЛС), согласно разработанной схеме станций сканирования с учетом геометрии и размеров объекта.Temporary reflector marks of the BDK (NLS) are placed on the well site, according to the developed scheme of scanning stations, taking into account the geometry and dimensions of the object.
Пункты маркшейдерской опорной сети и геодезической сети (грунтовые реперы и деформационные марки) были использованы существующие на кустовой площадке. При этом для верификации данных блоков Системы (БДК (СН), БДК (НЛС), БАПК) количество наблюдений по деформационным маркам на кустовой площадке было сокращено на 70% по сравнению с текущими проектами геотехнического мониторинга.The surveying reference network and geodetic network points (ground benchmarks and deformation marks) were used existing on the well site. At the same time, to verify the data of the System blocks (BDK (SN), BDK (NLS), BAPK), the number of observations on deformation marks on the well site was reduced by 70% compared to current geotechnical monitoring projects.
Было выполнено определение начального пространственного положения установленных на кустовой площадке элементов Системы.The initial spatial position of the System elements installed on the well pad was determined.
Полученные данные начального пространственного положения пунктов контроля Системы по каналообразующим средствам связи были переданы на сервер мониторинга и далее на рабочее место оператора Системы, выгружены в информационную модель объекта, выполнена увязка всех пространственных данных в единую систему координат (с геодезической сетью Бованенковского месторождения).The obtained data on the initial spatial position of the System control points were transmitted via channel-forming communication means to the monitoring server and then to the System operator’s workstation, uploaded to the information model of the facility, and all spatial data were linked into a single coordinate system (with the geodetic network of the Bovanenkovo field).
Был выполнен нулевой и последующий циклы геотехнического мониторинга.The zero and subsequent cycles of geotechnical monitoring were carried out.
Поскольку на объекте обнаружены деформации, сканирование при помощи БДК (НЛС) было выполнено с периодичностью 1 раз в год.Since deformations were detected on the object, scanning using the BDK (NLS) was performed once a year.
Наземным лазерным сканированием получены облака точек в трехмерном формате, с координатами х, у, z. Результаты наземного лазерного сканирования выгружены в информационную модель объекта и увязаны в единую систему координат.Ground-based laser scanning produced point clouds in three-dimensional format, with x, y, z coordinates. The results of ground-based laser scanning were uploaded to the object's information model and linked into a single coordinate system.
На основе полученных данных создана 3D-модель объектов (фиг. 3), 3D-модель перемещений/деформаций оснований, фундаментов и конструкций объектов кустовой площадки (фиг. 4). На карте деформаций цветом отражены деформации объектов по 3D вектору.Based on the obtained data, a 3D model of objects (Fig. 3) and a 3D model of displacements/deformations of foundations, bases and structures of well pad objects (Fig. 4) were created. The deformation map shows the deformations of objects along the 3D vector in color.
Для каждой контрольной точки были получены текущие значения пространственного положения по осям x, y, z. По разнице текущих значений и значений нулевого цикла сканирования были рассчитаны отклонения по всем направлениям осей и рассчитывается 3D-вектор.For each checkpoint, the current values of the spatial position along the x, y, z axes were obtained. Based on the difference between the current values and the values of the zero scanning cycle, deviations in all directions of the axes were calculated and a 3D vector was calculated.
Для верификации наблюдений деформационные марки на фундаментах трубопроводных обвязок были сопоставлены по координатам х, у с контрольными точками наземного лазерного сканирования. Были рассчитаны перемещения по оси Z и относительная неравномерная осадка фундаментов трубопроводных осадок (ΔS/L, мм/м), и среднегодовые скорости изменения этих параметров по данным нивелирования и данным наземного лазерного сканирования (фиг. 17), получена высокая сходимость данных.To verify the observations, the deformation marks on the foundations of pipeline piping were compared by coordinates x, y with the control points of ground-based laser scanning. The displacements along the Z axis and the relative uneven settlement of the foundations of pipeline settlements (ΔS/L, mm/m) were calculated, as well as the average annual rates of change of these parameters according to the leveling data and ground-based laser scanning data (Fig. 17), a high convergence of the data was obtained.
По данным БДК (НЛС) было уточнено положение пунктов контроля БАПК.According to the BDK (NLS) data, the position of the BAPK checkpoints was clarified.
Вдоль основной линии прогнозируемых деформаций, в точках наибольших напряжений/деформаций на трубопроводных обвязках и их фундаментах в режиме реального времени в течение года на сервер мониторинга поступали данные БАПК: угол наклона (инклинометры) ϕ, град; напряжение (тензометры) мВ/В (Фиг. 4, Фиг. 5). Из специализированного программного продукта (например, в функции «Просмотр трендов», реализованной в программном обеспечении ZETLAB) данные выгружаются в информационную модель объекта с интервалом 30 мин.Along the main line of predicted deformations, at the points of greatest stresses/deformations on pipeline piping and their foundations, the BAPK data were received in real time during the year on the monitoring server: tilt angle (inclinometers) ϕ, deg; stress (strain gauges) mV/V (Fig. 4, Fig. 5). From a specialized software product (for example, in the "View trends" function implemented in the ZETLAB software), the data are uploaded to the information model of the object at intervals of 30 minutes.
Выполнялась обработка данных, в том числе генерализация данных усреднением по 1000 точкам (примерно 1 значение за 21 день) уменьшением влияния суточного дрейфа, который связан с температурой.Data processing was performed, including data generalization by averaging over 1000 points (approximately 1 value per 21 days) to reduce the influence of daily drift, which is associated with temperature.
Деформации фундаментов трубопроводных обвязок анализировались по вертикальным перемещениям (по оси Z) вдоль оси Y, которая расположена вдоль ростверка. На фиг. 5 приведен пример графика изменения полученных деформаций во времени. За период наблюдений деформации фундаментов трубопроводных обвязок (ΔS/L) не превышали установленного нормативными документами предельного значения (2 мм/м).The deformations of the foundations of the pipeline piping were analyzed by vertical displacements (along the Z axis) along the Y axis, which is located along the grillage. Fig. 5 shows an example of a graph of the change in the obtained deformations over time. During the observation period, the deformations of the foundations of the pipeline piping (ΔS/L) did not exceed the limit value (2 mm/m) established by regulatory documents.
Выполнены сравнение значений параметров, полученных при комплексировании блоков Системы, с предельными значениями, установленными проектной, нормативной, или иной документацией.A comparison of the parameter values obtained during the integration of the System blocks with the limit values established by the design, regulatory, or other documentation was performed.
Выполнено в автоматизированном режиме классифицирование (то есть присвоение класса и отражение его на 2D- или 3D-модели заданным цветом) значениям полученных параметров по отношению к предельным значениям, следующим образом:Classification (i.e. assignment of a class and its reflection on a 2D or 3D model in a given color) of the obtained parameter values in relation to the limit values is performed in an automated mode, as follows:
а) «ниже предельного» (назначается зеленый цвет);a) “below the limit” (green color is assigned);
б) «ниже предельного, внимание!» (назначается желтый цвет);b) “below limit, attention!” (yellow color is assigned);
в) «выше предельного» (назначается красный цвет). При этом:c) “above the limit” (red color is assigned). In this case:
- «ниже предельного» - назначается класс параметра при значении, составляющем менее 2/3 от предельного значения;- “below limit” - a parameter class is assigned when the value is less than 2/3 of the limit value;
- «ниже предельного, внимание!» - назначается класс параметра при значении, составляющем более 2/3 от предельного значения;- “below limit, attention!” - a parameter class is assigned when the value is more than 2/3 of the limit value;
- «выше предельного» - назначается класс параметра при значении, большем или равном предельному значению.- “above limit” - the parameter class is assigned when the value is greater than or equal to the limit value.
Построены карты температуры многолетнемерзлых пород по данным термометрических датчиков в наблюдательных термометрических скважинах. Выполнен комплексный анализ данных по деформациям оснований, фундаментов, конструкций объектов и температуре многолетнемерзлых пород основания кустовой площадки на основе всех методов контроля от площадного определения деформаций поверхности и объектов с помощью БДК (СН) до создания трехмерных моделей деформаций сего объекта с заданной периодичностью и точечного непрерывного контроля в режиме реального времени в точках наибольших напряжений/деформаций фундаментов и конструкций.Permafrost temperature maps were constructed based on data from thermometric sensors in observation thermometric wells. A comprehensive analysis of data on deformations of foundations, bases, structures of objects and temperature of permafrost of the well pad base was performed based on all control methods from area determination of surface and object deformations using BDK (SN) to creation of three-dimensional models of deformations of this object with a given frequency and point continuous monitoring in real time at points of greatest stresses/deformations of foundations and structures.
При комплексировании методов для сравнения результатов разновременных и разнопериодных данных выполнялся анализ трендов (скоростей изменения) получаемых параметров, измеренных разными методами; расчет параметров трендов осуществляют в единой временной шкале, что позволяет выполнять единые ретроспективные оценки изменения параметров и прогноз с различной степенью достоверности результатов (чем больше временной ряд данных, тем достоверность выше), при этом нулевой точкой отсчета принимается дата, когда был выполнен «нулевой» цикл наблюдений. На основе анализа трендов выполнялся прогноз изменений параметров на заданный период.When combining methods for comparing results of data of different times and periods, an analysis of trends (rates of change) of the obtained parameters measured by different methods was performed; calculation of trend parameters is performed on a single time scale, which allows performing single retrospective assessments of parameter changes and forecast with varying degrees of reliability of results (the longer the time series of data, the higher the reliability), while the zero point of reference is the date when the "zero" cycle of observations was performed. Based on the analysis of trends, a forecast of parameter changes for a given period was performed.
В результате в информационной модели выполнен комплексный, автоматизированный с дистанционной передачей данных, маркшейдерско-геодезический и параметрический контроль состояния и устойчивости объектов производственной инфраструктуры в условиях Крайнего Севера и автоматизированная оценка состояния по каждому параметру и в целом для объекта по критериям СП 22.13330.2016.As a result, the information model contains a comprehensive, automated, remote data transmission, surveying and geodetic and parametric control of the condition and stability of production infrastructure facilities in the Far North, and an automated assessment of the condition for each parameter and for the facility as a whole according to the criteria of SP 22.13330.2016.
Claims (16)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2836421C1 true RU2836421C1 (en) | 2025-03-14 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7711532B2 (en) * | 2004-06-02 | 2010-05-04 | Paradigm France | Method for building a three dimensional cellular partition of a geological domain |
| RU2549127C2 (en) * | 2010-11-30 | 2015-04-20 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Evaluating surface data |
| RU2668730C1 (en) * | 2017-11-01 | 2018-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Method of obtaining, processing, displaying and interpreting geospatial data for geodesic monitoring of deformation state of engineering object |
| RU2703359C1 (en) * | 2018-12-13 | 2019-10-16 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ" | Engineering simulator of well production and transportation process |
| RU2708536C2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-12-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Method of seismic monitoring of development of ultra-viscous oil deposits |
| RU2799775C2 (en) * | 2020-12-24 | 2023-07-11 | Общество с ограниченной ответственностью «Диджитал Петролеум» | Method for automated construction of geological model of deposits |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7711532B2 (en) * | 2004-06-02 | 2010-05-04 | Paradigm France | Method for building a three dimensional cellular partition of a geological domain |
| RU2549127C2 (en) * | 2010-11-30 | 2015-04-20 | Хэллибертон Энерджи Сервисиз, Инк. | Evaluating surface data |
| RU2668730C1 (en) * | 2017-11-01 | 2018-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" | Method of obtaining, processing, displaying and interpreting geospatial data for geodesic monitoring of deformation state of engineering object |
| RU2708536C2 (en) * | 2017-12-29 | 2019-12-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Method of seismic monitoring of development of ultra-viscous oil deposits |
| RU2703359C1 (en) * | 2018-12-13 | 2019-10-16 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ" | Engineering simulator of well production and transportation process |
| RU2799775C2 (en) * | 2020-12-24 | 2023-07-11 | Общество с ограниченной ответственностью «Диджитал Петролеум» | Method for automated construction of geological model of deposits |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zebker et al. | On the derivation of coseismic displacement fields using differential radar interferometry: The Landers earthquake | |
| Savvaidis | Existing landslide monitoring systems and techniques | |
| CN114812496B (en) | A regional land subsidence early warning method based on multi-source heterogeneous data | |
| Cenni et al. | Integrated use of archival aerial photogrammetry, GNSS, and InSAR data for the monitoring of the Patigno landslide (Northern Apennines, Italy) | |
| Castagnetti et al. | Multi-sensors integrated system for landslide monitoring: critical issues in system setup and data management | |
| Guo et al. | Utilization of 3D laser scanning for stability evaluation and deformation monitoring of landslides | |
| Jaboyedoff et al. | Design of a geodetic database and associated tools for monitoring rock-slope movements: the example of the top of Randa rockfall scar | |
| Geist et al. | Investigations on intra-annual elevation changes using multi-temporal airborne laser scanning data: case study Engabreen, Norway | |
| Pesci et al. | Multitemporal laser scanner-based observation of the Mt. Vesuvius crater: Characterization of overall geometry and recognition of landslide events | |
| De Iuliis et al. | On the combined use of satellite and on-site information for monitoring anomalous trends in structures within cultural heritage sites | |
| Madimarova et al. | The geodetic monitoring of deformations of a high-rise building using ground-based laser scanning technology | |
| Sztubecki et al. | Vertical displacement monitoring using the modified leveling method | |
| RU2836421C1 (en) | Method for automated measurements and remote transmission of data for geotechnical monitoring of gas production facilities | |
| Bai et al. | Research on real-time monitoring and early warning of Tangshan road surface subsidence based on InSAR | |
| Barbarella et al. | Multi-temporal terrestrial laser scanning survey of a landslide | |
| Kuczyńska et al. | Modern applications of terrestrial laser scanning | |
| Giordano et al. | Monitoring of a multi‐span prestressed concrete bridge using satellite interferometric data and comparison with on‐site sensor results | |
| CN116840840A (en) | 3S technology-based mining subsidence area identification and monitoring method | |
| Qiu et al. | Terrestrial laser scanning for deformation monitoring of the thermal pipeline traversed subway tunnel engineering | |
| Yang et al. | Analysing the law of dynamic subsidence in mining area by fusing InSAR and leveling measurements | |
| Shimoni et al. | Advanced processing of remotely sensed big data for cultural heritage conservation | |
| RU2850815C1 (en) | Automated measurement and remote data transmission system for geotechnical monitoring of gas production facilities | |
| Hao et al. | Research on the application of airborne 3D laser scanning technology in surface rock movement monitoring in mining areas | |
| Klapa et al. | Inventory of various stages of construction using TLS technology | |
| Hlotov et al. | Analysis and classification of actual geodetic methods for studying the quantitative parameters of Earth surface deformations |