Россия
УДК 68 Различные отрасли промышленности и ремесла
В статье рассматриваются возможности ГИС-технологий для представления сети газопроводов в электронном виде с целью эффективного управления, а также технологического и экологического мониторинга объектов. Приведены примеры техногенных катаклизмов произошедших из-за отсутствия интеграции систем пространственной информации с существующими системами управления. Описаны инструменты отечественных и зарубежных ГИС, используемые ИТ-департаментами компаний энергетического комплекса.
ГИС, газопровод, газоснабжение, электронные карты, базы геоданных, учет газа, мониторинг, безопасность
Мониторинг сетей нефте-газопроводов посредством ГИС необходим для контроля и прогнозирования вероятности возникновения таких аварийных ситуаций, как нарушение герметичности отдаленных или бесхозных трубопроводов, выбросов при транспортировке газа, которые могут возникнуть из-за воздействия низких температур, обледенения, возможности подтопления, неоднородности рельефа, лесных пожаров, сейсмичности, сложных геологических условий (оползни, карсты) и человеческого фактора.
В Российской Федерации на сегодняшний день общая протяженность линейной части магистральных трубопроводов составляет более 200 тыс. км, из которых: магистральные газопроводы – 166 тыс. км; магистральные нефтепроводы – 52,5 тыс. км. Ежегодный рост распределительных газопроводов составляет около 30 000 км. Однако, известно, что основная часть газотранспортной системы России была построена в 70–80-е годы прошлого века. Достаточно высокий уровень безопасности и надежности систем газоснабжения, установленных с большим запасом прочности, позволяет обеспечить устойчивую работу систем газораспределения. Однако, к настоящему времени износ основных фондов по линейной части магистральных газопроводов составляет более половины, а точнее – 57,2 %. А с учетом того, что длина распределительных газопроводов в РФ и объемы транспортировки газа за последние 10 лет выросли в 1,5-2 раза аварийность на газопроводах различного диаметра колеблется в среднем от 30 до 40 случаев в год [1-2].
Одной из причин такого положения дел является недостаточная эффективность действующих служб мониторинга. Часто службы отслеживания фактической обстановки на предприятиях ограничиваются фиксацией «физических» явлений и процессов. В то время, как грамотное и повсеместное использование геоинформационных технологий позволяет обеспечивать синтез и анализ наблюдений, принятие управленческих решений и корректировку собственной деятельности [3, 4].
Можно привести многочисленные примеры из мировой практики, когда неприменение именно инструментов пространственного анализа и отсутствие интеграции систем пространственной информации с существующими системами управления привели к серьезным аварийным ситуациям и человеческим жертвам. Наиболее известные происшествия, произошедшие по причине отсутствия или недостаточного качества геотехнической информации:
- Компания Pacific Gas and Electric, неисправность оборудования которой стала одной из причин разрушительного природного пожара в Калифорнии в 2018 году и крупнейшей аварии в 2010 году, При расследовании было обнаружено, что PG&E не проверяла почти 14 миль газораспределительных трубопроводов на предмет утечек в течение двух десятилетий по причине потери 16 карт, необходимых для проведения обязательных проверок безопасности своей системы.
- В 1996 году самоподъемный механизм Maersk Victory получил серьезные повреждения, когда одна из его опор прорвалась через мягкий известняк морского дна в заливе Сент-Винсент у побережья Южной Австралии. Инцидент произошел во время подъема буровой установки на месте перед забуриванием первой из двух скважин в бассейне Стэнсбери в соответствии с разрешением на разведку. Министерство горнорудной промышленности и энергетики Южной Австралии (MESA) провело расследование и установило причину Повреждение было провалом подводных отложений под буровой. MESA пришло к выводу, что не было полной оценки рисков места бурения, не удалось полностью оценить геотехнические данные о подводных отложениях, а также были сбой в системах управления и процедурах определения местоположения буровой установки.
- Пример неправильного позиционирования буровой установки в Северном море, приведенный польской компанией OGP Gaz-System S. A. Во время самоподъемной установки инженер, следящий за навигацией, не осознавал, что он случайно изменил параметры привязки координат. Позже радиолокационная проверка показала, что он находился в 1,5 км от локации, в блоке другого оператора. Рассматриваемая компания была вынуждена переместить буровую установку стоимостью 750 000 долларов и столкнулась с проблемами репутации, поскольку правительство пересмотрело свои лицензионные соглашения [5].
Необходимость систематизации существующей нормативно-технической документации: ситуационных и инженерно-топографических планов и схем маршрутов, технологических схем, технической паспортизации и диагностики, времени проведения текущего и капитального ремонтов – для многих трубопроводных компаний решением этой проблемы является географическая информационная система (ГИС).
Первая группа пользователей ГИС, возглавляемая такими компаниями, как Exxon и Shell начали деятельность в этом направлении в начале 1990-х годов. К концу 1990-х годов нефтегазовые сервисные компании, такие как Landmark и Schlumberger, стали производить упаковку технологий ГИС в своих коммерческих программных продуктах и начали развивать использование ГИС в области управления данными, разведки, прокладки и обслуживания трубопроводов.
В настоящее время большую часть данного сектора рынка занимает продукция компаний «ESRI», «MapInfo», «Intergraph» - пакеты программ «ArcGIS», «MapInfo Professional», «GeoMedia Professional» соответственно, вместе с дополнительными модулями и оболочками, расширяющими их функциональные возможности по моделированию и анализу, связи и интеграции с СУБД и функционирование под интерфейсом WEB [6] .
В России также достаточно распространены собственные разработки ИТ-департаментов компаний энергетического комплекса, интегрирующие доступ к таким системам в клиентских приложениях пользователей. Доступ из среды ГИС к учетной информации позволяет специалистам видеть и оценивать взаимодействие производственных (внутренних) и природных (внешних) факторов. Например, для российского севера актуален мониторинг растопления вечной мерзлоты в результате производственной деятельности. На равнинных территориях фактором риска является подтопление трубопроводов и других объектов вследствие нарушения поверхностного стока при их строительстве. Геоинформационные системы позволяют обнаруживать проблемные участки и идентифицировать подверженные риску объекты за счет использования аэрокосмических снимков и информации из учетных систем. Весьма эффективно также сочетание с данными полевых обследований, привязываемых к основной базе данных посредством координат, получаемых с GPS-приемников. Благодаря этим возможностям, предоставляемым ГИС, повышается своевременность и качество решений в области управления объектами, снижаются риски возникновения нештатных или аварийных ситуаций [7].
Приведем конкретные примеры ГИС-решений в системе управления газопроводами Центрального региона Российской Федерации и Ямало-Ненецкого автономного округа РФ.
Использование ГИС-пакета «GeoMedia Professional» для построения и мониторинга сети газопроводов различного назначения
Одним из масштабных и успешных ГИС-решений на рынке геоинформационных технологий и web-ориентированных геоинформационных сервисов, является проект «Геоинформационная система ГУП МО «Мособлгаз» компании ООО «Гортис-СЛ». Ключевой особенностью компании на рынке информационных технологий является успешный опыт адаптации программного обеспечения, предлагаемого крупными зарубежными IT-компаниями, как к отраслевой специфике, так и к требованиям конкретного заказчика. Это позволяет существенно сократить финансовые затраты заказчиков на покупку лицензий и снизить зависимость от производителей программного обеспечения [8].
Для построения масштабных геоинформационных систем компания использует продукт фирмы «Intergraph» - программу «GeoMedia Professional» и ее надстройку – программный комплекс «xMedia», который является результатом многолетнего труда программистов компании и представляет собой многофункциональное средство моделирования и проектирования предметной области в рамках построения корпоративных ГИС. Основным результатом и отличительной особенностью является встроенная в ГИС система управления, предназначенная для хранения информации о пространственном положении и характеристиках объектов газового хозяйства. Система включает в себя архивы исполнительной документации, содержащие десятки тысяч файлов (исполнительные чертежи, карты-схемы, паспорта оборудования), посредством чего в дальнейшем и осуществляется управление пространственными ресурсами.
Работая в «GeoMedia Professional» с использованием модуля «X-media» возможно построение технологической схемы сети газопроводов (ГП) различного назначения. Как правило, газопроводы разделяют на магистральные и распределительных сетей. Отличаться может и тип газопроводов, т.е. они могут быть подземными, надземными, подводными. Так же на ГП различается рабочее давление – низкое, среднее, высокое I и II категории. Всё это учитывается при работе в программе, при этом производится расстановка соответствующей арматуры, объектов потребления газа, распределительных пунктов и заполнение атрибутивной информацией (рисунок 1).
Рисунок 1 – Фрагмент сети ГП высокого давления I и II категории
По растровым исполнительным планам масштаба 1:500 – 1:2000 производится векторизация объектов газового хозяйства по слоям, увязка топологии с заполнением характеристик ОГХ. В атрибутивной информации объектов всегда указывается:
- наименование файла документа по учету в электронном архиве;
- номер исполнительно-технической документации (ИТД) по учету в электронном архиве.
Для каждого слоя подробно прописывается вся атрибутивная информация, например: тип прокладки газопровода (подземный, надземный); толщина стенки; признак местности (сельские или городские поселения) и т.д.
Таким образом, геоинформационные системы в данном случае позволяют учитывать геометрические особенности каждого участка газопровода, способны показать различные объекты газового хозяйства и дополнить их необходимыми атрибутивными сведениями с указанием прямой ссылки на исполнительный чертёж в электронном архиве.
Применение ГИС-программы «NextGIS QGIS» для определения технического состояния и мониторинга магистральных газопроводов
Еще одним ярким ГИС-решением, активно используемым в последнее время в нефтегазовом секторе РФ, является NextGIS QGIS – полнофункциональная настольная ГИС. Где QGIS – хорошо зарекомендовавшая себя гис-система, развивающаяся международным сообществом разработчиков, а NextGIS – подключаемый модуль, представленный Российскими специалистами.
Компания ОАО «Газпром космические системы» применяет программу «NextGIS QGIS» для определения технического состояния линейной части магистральных газопроводов и разработки рекомендаций по предотвращению или снижению негативного воздействия природных и техногенных факторов [9]. Используются данные космической оптической съемки (0,5 м), авиационной беспилотной съемки (0,1 м) и наземные геодезические измерения. В результате получают ортофотопланы трасс магистральных газопроводов, тематическую ГИС с результатами мониторинга, отчеты о выявленных нарушениях и обнаруженных опасных факторах, рисунок 2.
Рисунок 2 – Геотехническая диагностика магистральных ГП,
ОАО «Газпром космические системы»
Также возможно проведение мониторинга охранных зон и зон минимальных расстояний, где в качестве первичной информации используются геодезические измерения, космические и беспилотные снимки, а в качестве исходных данных – исполнительная документация и кадастровые карты. Далее следует обработка данной информации: создание ортофотопланов, дешифрирование проблемных участков, после чего ГИС будет содержать данные о положении и категории трубы, границы охранных зон и зон минимальных расстояний, выявленные нарушения.
Проведение производственно-экологического мониторинга магистральных газопроводов и нефтепроводов также возможно при сопровождении ГИС, отображающих пространственные данные по выявленным нарушениям.
Применение ГИС актуально и при сверке результатов мониторинга с данными кадастрового учета, т.к. интересующие нас элементы на космическом снимке могут быть скрыты растительностью, либо другими объектами инфраструктуры.
Таким образом, представление сети газопроводов в электронном виде позволяет не только дать обширную наглядную информацию об объектах эксплуатации, что положительно влияет на эффективность системы управления, но и помочь при технологическом и экологическом мониторинге отдаленных объектов, существенно повышая уровень безопасной эксплуатации трубопроводов [10-11].
Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что сегодня геоинформационные системы получают все более широкое распространение в газоснабжении, становясь важным инструментом управления на объектах газового хозяйства, где основной деятельностью является процесс обеспечения бесперебойной подачи потребителям природного газа.
Каждый аспект разведки, обработки, хранения, распространения углеводородов несет некоторые риски, связанные с воздействием на окружающую среду и вопросы по максимально эффективной и экономически прибыльной эксплуатации. Но зачастую все риски трудно оценить и дорого предвидеть. Путем разработки надежной научной и технологической информации можно обеспечить целостность данных об объектах нефтегазового сектора на всех этапах их жизненного цикла (от проектирования до ликвидации) и заметно упростить процесс эксплуатации и мониторинга объектов инженерных сетей.
1. Лисанов М.В., Савина А.В., Дегтярев Д.В., Самусева Е.А. Анализ российских и зарубежных данных по аварийности на объектах трубопроводного транспорта // Безопасность труда в промышленности. - 2010. - № 7. - С. 16-22.
2. The data of annual reports on the activities of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports
3. Pivovarova I.I, Makhovikov A.B. Ecological regionalization methods of oil producing areas. // J. Ecol. Eng. - 2017. - № 18(1). - P. 35-42.
4. Матвеев А.В. Организационные и методические аспекты обеспечения безопасности потенциально опасных объектов. - СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2019. - 144 с.
5. Savonin S., Moskalenko A., Chugunov A., Tunder. A. Analysis of the main causes of accidents that occurred on the main gas pipelines // Engineering protection. - 2017. - № 11. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://territoryengineering.ru/vyzov/analiz-osnovnyh-prichin-avarij-proizoshedshih-na-magistralnyh-gazoprovodah
6. Пивоварова И.И. Использование геоинформационных технологий для районирования территорий по степени экологических рисков // Современные образовательные технологии в подготовке специалистов для минерально-сырьевого комплекса: Сборник научных трудов II Всероссийской научной конференции, 2018. - С. 960-965.
7. Куанышев Н.А., Оразов Б.К. Использование геоинформационных технологий в деятельности газотранспортного предприятия. // Журнал «ArcReview» - 2011. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.dataplus.ru/news/arcreview/detail.php?ID=4834&SECTION_ID=192
8. Лаборатория информационных систем «GORTIS». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gortis.com/ru/gis-gup-mo-mosoblgaz
9. Предложения по использованию геоинформационных услуг для решения задач предприятий группы «Газпром». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://kosmos.gazprom.ru/d/story/76/118/_...pdf
10. Merem E, Robinson B, Wesley J.M, Yerramilli S., Twumasi Y.A.. Using GIS in Ecological Management: Green Assessment of the Impacts of Petroleum Activities in the State of Texas // Int J Environ Res Public Health. - 2010. - № 7(5). - p. 2101-2130.
11. Andrianov V.Y. Gis and gps in the oil & gas industry // Rogtec oil & gas technologies. - 2014. - № 10-5. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://rogtecmagazine.com/wp-content/uploads/2014/10/5_GISGPS.pdf
