Введение к работе
Актуальность темы исследования. Многие промысловые сооружения и объекты инфраструктуры нефтегазового комплекса построены в России в сложных геокриологических условиях, в том числе в условиях южной зоны многолетнемерзлых грунтов. Для обеспечения промышленной безопасности (устойчивости оснований и фундаментов, эксплуатационной надежности, предотвращения случаев загрязнения окружающей среды и возникновения взрывоопасных и пожароопасных ситуаций) на исследуемых объектах создаётся система геодезического мониторинга, которая включает режимные наблюдения за температурным состоянием грунтовых оснований. В нормативных документах недостаточно четко определена необходимая точность определения вертикальных деформаций зданий и сооружений и их периодичность, особенно для условий южной зоны многолетней мерзлоты. Кроме того, опыт геодезических работ выявил необходимость решения задачи влияния природно-климатических факторов на точность цифрового нивелирования и, особенно, на устойчивость глубинных реперов, являющихся исходной основой мониторинга.
Таким образом, исследование и решение этих задач назрели и во многом могут оптимизировать методику мониторинга вертикальных деформаций объектов нефтегазодобывающих геотехнических комплексов и, безусловно, являя-ются актуальными.
Степень разработанности проблемы. Значительный вклад в развитие теории и практики геодезического определения вертикальных деформаций зданий и сооружений при геотехническом мониторинге, устойчивости глубинных реперов внесли такие ученые-геодезисты, как профессора Брайт П. И., Ганьшин В. H., Голубцов А. В., Гуляев Ю. П., Зайцев А. К., Михелев Д. Ш., Рунов И. В., Соловьев М. Д., Столбов Ю. В., Стороженко А. Ф., Уставич Г. А., Costachel A., Mаrcаk P., Tarnowski K. и многие другие, результаты этих исследований приняты во внимание при постановке задач диссертационной работы. В настоящее время требуют решения такие до сих пор не в полной мере решенные вопросы,
4 как устойчивость исходных фундаментальных реперов (кустов реперов), разработка конструкции фундаментального репера на основе разведочных скважин, влияние климатических факторов на точность цифрового нивелирования, их периодичность и другие подобные задачи, связанные с геокриологическими условиями Южного Заполярья.
Решения по обеспечению промышленной безопасности на исследуемых объектах в определенной мере сдерживаются отсутствием нормативно-технической документации, регламентирующей точность и периодичность мониторинга вертикальных деформаций объектов нефтегазодобывающих геотехнических систем Южного Заполярья.
Цели и задачи исследований. Целью исследований являются технологические решения по оптимизации методики определения вертикальных деформаций объектов геотехнических систем нефтегазоконденсатных месторождений Заполярья, расположенных в южной зоне многолетнемерзлых грунтов.
Основные задачи исследований:
обоснование необходимой точности и периодичности геодезического мониторинга вертикальных деформаций объектов газоконденсатного месторождения, на основе анализа результатов выполненных до настоящего времени повторных геодезических измерений на объектах ЯНАО;
исследование влияния геокриологических и метеорологических факторов на устойчивость глубинных реперов исходной геодезической основы геотехнической системы нефтегазодобычи в ЯНАО;
разработка оптимальной конструкции устойчивых глубинных реперов, в качестве исходной высотной основы при деформационном мониторинге территории нефтегазоконденсатных месторождений;
разработка технологических решений, исследование и оптимизация методики цифрового нивелирования для определения вертикальных деформаций объектов Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения.
Объектом исследования является система геодезического мониторинга объектов нефтегазоконденсатных месторождений Заполярья.
Предметом исследования являются особенности геодезического деформационного мониторинга, методические и технологические решения его проведения в условиях Южного Заполярья.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
учитывая, что разведочные скважины являются наиболее устойчивыми объектами в зоне наблюдений за деформациями объектов, впервые разработана и реализована конструкция фундаментальных реперов, в качестве которых используются разведочные скважины для проведения геодезического мониторинга вертикальных деформаций объектов Заполярного месторождения и получены качественные результаты таких наблюдений;
выявлено влияние отдельных природно-климатических факторов на точность геодезических работ цифровым нивелиром Trimble DiNi 12 при этом впервые получены аналитические формулы зависимости погрешностей измерения превышений на станции от силы ветра и температуры среды в момент измерений;
установлено влияние температуры и глубины водонасыщенности грунта, а также мощности снежного покрова на величину деформаций объектов, на основе чего получены формулы для вычисления деформаций с учетом данных факторов, что позволяет прогнозировать погрешности измерений и определять наиболее подходящие периоды наблюдений.
Теоретическая значимость работы. Заключается в создании основы для выполнения инженерных расчетов для определения необходимой периодичности, точности и оптимизации методики проведения геодезического мониторинга деформационных процессов в зонах многолетней мерзлоты Заполярья.
При выполнении исследований и практической апробации полученных результатов были использованы объекты Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения.
6 Практическая значимость работы. На основе проведенных исследований разработаны и внедрены в производство следующие технические решения:
рекомендации по применению специально подготовленных законсервированных разведочных скважин в качестве фундаментальных реперов исходной основы в южной зоне многолетнемерзлых грунтов;
рекомендации по обеспечению устойчивости и обеспечению надежной эксплуатации глубинных реперов, зданий и сооружений, расположенных в южной зоне многолетнемерзлых грунтов;
методика расчета точности вертикальных деформаций зданий и сооружений при геотехническом мониторинге объектов Заполярного нефтегазокон-денсатного месторождения, с учетом деформационного состояния оснований и фундаментов;
методика расчетов периодичности и сроков определения вертикальных деформаций зданий и сооружений при геотехническом мониторинге объектов Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения.
Результаты диссертационных исследований внедрены в производственный процесс ООО «Газпром добыча Ямбург», в учебный процесс ФГБОУ ВПО «ОмГАУ им. П. А. Столыпина» при изучении учебных дисциплин: «Прикладная геодезия» (специальность 120101.65 - Прикладная геодезия); «Геодезический мониторинг состояния земель и инженерных сооружений» (магистратура по направлению 120100.68 - «Геодезия»)
Методология и методы исследования. Экспериментальной базой для проведения исследований являются выполненные измерения вертикальных деформаций зданий и сооружений при геотехническом мониторинге объектов Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения. Теоретической базой являются теория математической обработки измерений, а именно: теория погрешностей измерений, методы корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализа.
7 Основные научные положения диссертации, выносимые на защиту:
конструкция «скважинного» фундаментального репера;
исследование и оптимизация методики цифрового нивелирования для определения вертикальных деформаций объектов Заполярного нефтегазокон-денсатного месторождения;
обоснование цикличности и периодичности определения вертикальных деформаций зданий и сооружений при геотехническом мониторинге объектов Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Тематика диссертации соответствует паспорту научной специальности 25.00.32 – «Геодезия», разработанному экспертным советом ВАК Минобрнауки РФ, по следующим областям исследований:
5 – Методы, технические средства и технологии геодезического обеспечения строительно-монтажных, кадастровых, землеустроительных, проектно-изыскательских, маркшейдерских, геолого-разведочных и лесоустроительных работ, освоения шельфа; монтажа, юстировки и эксплуатации технологического оборудования;
6 – Геодезическое обеспечение изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации крупных инженерных комплексов, в том числе гидротехнических сооружений, атомных и тепловых электростанций, промышленных предприятий, линейных сооружений. Геодезический контроль ведения технического надзора при строительстве и эксплуатации нефтегазодобывающих комплексов.
Степень достоверности и апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях преподавателей и аспирантов ФГБОУ ВПО «ОмГАУ», г. Омск (2009, 2010, 2011 гг.), на международной научно-практической конференции «Роль и значение землеустроительной науки и образования в развитии Сибири», г. Омск, (2012 г.), на Между-
8 народном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь» (г. Новосибирск, 2013 г.), на производственных совещаниях организации «Газпром добыча Ямбург».
Публикации по теме диссертации. Количество опубликованных научных статей – 10, из них 2 входят в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий.
Объем и структура диссертации. Основной текст диссертации изложен на 166 страницах. Диссертационная работа состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы, включающего 103 наименования (из них 7 на иностранных языках), содержит 12 таблиц, 45 рисунков и 17 приложений.
Диссертация и автореферат диссертации оформлены в соответствии с СТО СГГА 002-2013.
