Система контроля аварийных ситуаций на объектах нефтегазодобычи в акваториях арктических морей

/10 Civil SecurityTechnology, Vol. 10, 2013, No. 3

УДК 629.59: 623.827

Система контроля аварийных ситуаций на объектах нефтегазодобычи в акваториях арктических морей

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2013

А.И. Вялышев, В.М. Добров, А.А. Долгов, С.В. Зиновьев, Т.Ш. Файзулин

Аннотация

Описана структура интегрированной системы контроля аварийных ситуаций в районах освоения месторождений углеводородов на Арктическом шельфе и входящая в ее состав в качестве структурного элемента информационно-аналитическая подсистема (ИАП), обеспечивающая сбор, обработку, хранение, передачу и анализ совокупности получаемых данных дистанционных и контактных измерений.

Ключевые слова: Арктический шельф; нефтяные месторождения; разведочные изыскания; разливы нефти; экологический мониторинг; мониторинговые сети; акватории морей.

The Control System of Emergency Situations at the Oil and Gas in the Waters of the Arctic Seas

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2013

A. Vyalyshev, V. Dobroff, A. Dolgov, S. Zinoviev, Т. Fayzulin

Abstract

Describes the structure of an integrated system of monitoring of emergency situations in the areas of development of hydrocarbon deposits on the Arctic shelf and its member as a structural element of information-analytical subsystem (IAP), which provides collection, processing, storage, transmission and analysis of the totality of the data, and remote probing.

Key words: Arctic shelf; oil fields; exploration research; oil spills; environmental monitoring; network monitoring; the waters of the seas.

Технологии гражданской безопасности, том 10, 2013, № 3

/17

В настоящее время проводятся широкомасштабные работы по освоению месторождений нефти и газа в акваториях шельфа Арктических морей. Выполняются разведочные изыскания, размещаются стационарные гидротехнические сооружения, что связано с активным судоходством. Добываемые в Арктическом регионе углеводороды транспортируются морским путем в тяжелых гидрометеорологических условиях, включая ледовый покров.

В таких условиях существует высокий риск аварийных ситуаций, ликвидация последствий которых представляет особые технические трудности в Арктике. Для решения вопросов снижения рисков возникновения и развития аварийных ситуаций и повышения эффективности мер по ликвидации их последствий в труднодоступных районах Арктического шельфа необходима система надежного контроля состояния акватории, интегрированная в общий комплекс средств оповещения о возникновении аварийных ситуаций и оперативной разработки мер по ликвидации их последствий [1].

В 2011 году по заданию Министерства промышленности и торговли Российской Федерации был разработан концептуальный проект системы экологического мониторинга акваторий, мониторинга технического состояния потенциально опасных морских объектов, обнаружения, идентификации и оценки параметров разливов нефти и степени угроз окружающей среде при эксплуатации объектов морской нефтегазодобычи (шифр «Экомониторинг»). В рамках данного проекта была разработана концепция комплексной системы экологического мониторинга и ее функциональных подсистем:

экологического мониторинга акваторий;

мониторинга технического состояния потенциально опасных морских объектов;

обнаружения, идентификации и оценки параметров разливов нефти и степени угроз окружающей среде при эксплуатации объектов морской нефтегазодобычи;

информационно-аналитическая подсистема.

В процессе работы исследовались методы построения систем мониторинга на базе различных технических средств, как классического, так и инновационного характера, принципиальные схемы различных систем, новые подходы к измерению заданных параметров. Впервые представлена система, объединяющая возможности мобильных устройств мониторинга и оптоволоконных технологий. Реализация данного проекта позволит постоянно осуществлять комплексный контроль экологического состояния окружающей среды у объекта нефтегазодобычи, включая влияющее на него техническое состояние объекта, принимать необходимые меры по предупреждению чрезвычайной ситуации и оперативно реагировать на ранней стадии ее возникновения.

Последующая за концептуальным проектом опытно-конструкторская работа «Разработка технологии создания интегрированной системы контроля аварийных ситуаций в районах освоения месторождений углеводородов на Арктическом шельфе с использованием автоматизированных стационарных и мобильных измерительных комплексов» шифр «Арктика-Страж», проводимая с 2012 года по заданию Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, фокусируется на разработке технических и программных средств автоматизированных измерений и передачи данных и телеметрической информации в оперативном режиме, а также на интеграции этого аппаратно-программного комплекса в систему экологического мониторинга арктических акваторий, что отвечает положениям Морской Коллегии Российской Федерации, в которых указывается, что «Тенденции мирового развития морских наблюдений связаны с применением сквозных технологий получения данных о состоянии морской среды на основе автоматических средств наблюдений в сочетании со средствами оперативной доставки данных до центров обработки для оперативного использования».

Для решения указанной задачи создается многофункциональная система измерения гидрологических и физико-химических параметров водных масс в выбранных точках контролируемой акватории и по площади акватории.

Принципиальная схема интегрированной системы контроля аварийных ситуаций (ИСКА) в районах освоения месторождений углеводородов на Арктическом шельфе представлена на рис. 1 и 2.

Основными элементами такой измерительной системы являются: автоматические стационарные донные станции, автоматические зондирующие измерители, автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА), стационарные измерители гидрометеорологических условий, включающие радиолокационные средства контроля состояния морской поверхности.

Указанные системы такого вида позволяют контролировать состояние акватории круглогодично, в том числе в условиях ледового покрова, как по площади акватории, так и по глубине, обеспечивая надежное оперативное обнаружение превышений пороговых значений основных характеристик водных масс, подвергшихся техногенному загрязнению в ходе освоения месторождений углеводородов в акваториях Арктического шельфа площадью до 5000 км2 и глубиной до 700 м [2].

Получаемые значения контролируемых параметров оперативно передаются в центр обработки и анализа данных для разработки управленческих решений по ликвидации последствий аварийных ситуаций. В условиях труднодоступных Арктических акваторий, покрытых льдом, для оперативной передачи данных используются эффективные средства спут-

Civil SecurityTechnology, Vol. 10, 2013, No. 3

Рис. 1. Структура интегрированной системы контроля аварийных ситуаций в районах освоения месторождений

углеводородов на Арктическом шельфе.

никовой связи и подводные высокоскоростные оптоволоконные линии.

На рис. 1 показана структура системы мониторинга подводной обстановки, построенной по концентрической схеме. Средства мониторинга, как донные станции, так и профилографы (устройства вертикального зондирования), размещены равномерно вокруг центра, в котором расположена, например, морская добывающая платформа. Причем, строятся несколько кольцевых волоконно-оптических линий, расположенных на различных расстояниях от центра. Значение радиуса наиболее удаленного кольца определяется энергоресурсами используемого АНПА и расположенных на дне стационарных станций подзарядки автономных подводных аппаратов.

Возможна также реализация радиальной схемы с центром, как и в концентрической модели — на морской платформе. В принципе, можно построить схему мониторинга подводной обстановки любой конфигурации в зависимости от конкретных задач мониторинга и структуры подводных технологических коммуникаций. Такая возможность обеспечивается сборкой мониторинговой сети из элементарных звеньев, которые представляют собой отрезок оптоволокна (до сотни метров) с встроенными в него стыко-

вочными модулями для подсоединения к нему различного оборудования и наращивания оптоволоконной линии за счет других элементарных звеньев. Причем, состав оборудования на различных элементарных звеньях может отличаться от уже имеющихся, или полностью отсутствовать.

Подобные технологии построения мониторинговых сетей позволяют обеспечить поступление большого объема информации, в том числе и для использования в интересах экономики, обороны и науки.

Получаемые в мониторинговой сети стандартные метеопараметры: скорость, направление ветра и атмосферное давление в районе контролируемой акватории поступают в информационно-аналитическую подсистему (ИАП) ИСКА от метеостанций, располагающихся штатно на гидротехническом объекте — нефтегазодобывающей платформе.

Измерения параметров течений и ветровых волн на морской поверхности выполняются по площади акватории с использованием коротковолновых до-плеровских радиолокаторов. Коротковолновые до-плеровские радиолокаторы с рабочей частотой 25— 30 MHz устанавливаются на нефтегазодобывающей платформе и позволяют определять характеристики течений и волн на дистанциях до 35—40 км от точки

КА систем позиционирования объектов

КА систем связи, и передачи данных

КА системы поиска и спасания

1 зарубежных космических систем

Волоконо-оптическая линия связи

Сейсмическая донная станция

Рис. 2. Интегрированная система контроля Арктических акваторий в местах нефтегазодобычи

/20 См! 8есигйуТес1то!оду, Уо!. 10, 2013, N0. 3

их установки на гидротехническом объекте (нефтяной платформе).

Параметры подводных течений и вертикальной структуры гидрологических характеристик: температуры, солености, плотности воды, необходимы для выполнения анализа аварийной ситуации и разработки управленческих решений по ликвидации последствий аварий поступают в ИАП ИСКА от зондирующего устройства в составе профилографа и микроструктурного акустического доплеровского измерителя течений.

Зондирующее устройство входит также в состав донной станции локального контроля.

Высокоточное определение количественного содержания физикохимических примесей, включая содержание растворенных газов, определяется подводными системами масс-спектрометрического и рент-генофлюорометрического (МС и РФ) анализа, устанавливаемыми на донных станциях локального контроля.

Вертикальные профили физикохимических примесей определяются с использованием блока ионосе-лективных преобразователей, устанавливаемых на устройстве вертикального зондирования, а также в составе донной станции локального контроля.

Получаемые данные оперативно передаются в центр обработки по подводной оптоволоконной линии связи.

С целью сейсмологического мониторинга в районах освоения нефтегазовых месторождений используются донные сейсмостанции.

Донная сейсмостанция содержит 3 канала регистрации сейсмических сигналов и 1 канал регистрации гидроакустичекого сигнала. Полученная информация оперативно передается в центр обработки по подводной оптоволоконной линии связи.

На АНПА проводится измерение вертикальных профилей течений, профилей физико-химических параметров путем маневрирования АНПА по глубине.

Измерения проводятся с использованием акустического доплеровского профилографа течений, СТД модуля, рамановского спектрометра.

Данные, собранные АНПА, передаются на донную станцию, связанную оптоволоконным кабелем с информационно-аналитической подсистемой ИСКА с использованием акустического модема при подходе к станции на необходимое для связи расстояние.

Оповещение о возникновении аварийной ситуации в акватории происходит при превышении заданных пороговых значений выбранных основных физико-химических параметров на измерительных комплексах. Информация передается в центр обработки по подводной оптоволоконной линии связи.

При превышении заданных пороговых значений на автономной донной станции автоматически всплывает на поверхность модуль спутниковой свя-

зи, передающий информацию об аварийной ситуации по каналам «ИРИДИУМ» и «КО СПАС -САРСАТ».

Донные станции локального контроля соединяются с центром обработки и анализа данных подводным оптоволоконным кабелем, обеспечивающим быструю передачу измеряемых данных и одновременно обеспечивающих электропитание системы донных станций.

В случае образования ледового покрова над местом установки автоматических донных станций оповещение об аварии передается акустическим сигналом заданных параметров на ближайшую донную станцию локального контроля.

Одним из ключевых элементов системы контроля аварийных ситуаций в акваториях является информационно-аналитическая подсистема (ИАП ИСКА) поддержки принятия управленческих решений на основе данных измерений, прогноза развития ситуации и оценки рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при проведении морских операций и эксплуатации объектов нефтедобычи. Информационно-аналитическая подсистема основывается на программно-аппаратных средствах многопараметрических оценок и прогнозирования аварийной ситуации.

ИАП ИСКА включает в себя программно-аппаратный комплекс, моделирующий распространение загрязнений в акватории и аварийные ситуации, включая разливы нефти и нефтепродуктов, и обеспечивающий оценку рисков возникновения чрезвычайных ситуаций при проведении морских операций и эксплуатации объектов нефтегазодобычи.

Информационно-аналитическая подсистема обеспечивает контроль информационного взаимодействия и совместное функционирование технических и программно-технических средств непрерывного сбора, обработки, архивирования и анализа получаемой от подсистем ИСКА информации, а также взаимодействия с внешними информационными системами (центрами) для получения дополнительных данных и выдачи согласованной информации.

Каждая из функциональных систем ИСКА производит предварительную обработку измеряемых параметров, сравнивает их с фоновыми значениями и передает данные в информационно-аналитическую подсистему. В информационно-аналитической подсистеме при достижении заданных пороговых значений вырабатывается информационный сигнал, поступающий на устройство визуального отображения информации, находящееся у оператора объекта нефтегазодобычи. При достижении определенных значений сигнала информация также поступает оперативной дежурной смене близлежащего Комплексного аварийно-спасательного центра.

Используя пороговые значения контролируемых параметров, информация представляется в виде трехуровневой. Первый уровень соответствует нормаль-

Технологии гражданской безопасности, том 10, 2013, № 3

/21

ной экологической обстановке и не требует вмешательства. Второй уровень соответствует нарушениям нормального экологического состояния среды и требует повышенного внимания. И, наконец, третий уровень соответствует возможной или возникшей чрезвычайной ситуации и требует оперативного вмешательства.

Совокупность отображаемых сигналов позволяет оператору контролировать создавшуюся ситуацию и принимать соответствующие решения.

Для эффективного функционирования ИАП ИСКА обеспечивается ее совместимость с существующими и разрабатываемыми природоохранными системами федеральных органов исполнительной власти, в том числе функциональными подсистемами Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Информационно-аналитическая подсистема соответствует организационной структуре программно-технического модуля, входящего в состав Арктического центра мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций в г. Дудинка Красноярского края.

Литература

1. Лобковский Л.И., Левченко Д.Г., Леонов А.В., Амбросимов А.К. Геоэкологический мониторинг морских нефтегазоносных аква-

торий / Отв. ред. С.С. Лаппо. Ин-т океанологии им. П.П. Ширшова. М.: Наука, 2005. 326 с.

2. Вялышев А.И., Добров В.М. Комплексная система обеспечения безопасности населения и территорий в Арктической зоне Российской Федерации // Сб. «ВНИИ ГОЧС: вчера, сегодня, завтра». М.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ); ООО «Альфа-Порте», 2011.

Сведения об авторах

Вялышев Александр Иванович: д. физ.-мат. н., ФГБУ

ВНИИ ГОЧС (ФЦ), гл. н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.

Тел.: (499) 233-25-24.

E-mail: vialyshev@rambler.ru

Добров Владимир Михайлович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), с. н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. Тел.: (499) 233-25-24.

Долгов Александр Анатольевич: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), с. н. с.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. Тел.: (499) 233-25-24.

Зиновьев Сергей Владимирович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), нач. отдела.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. Тел.: (499) 445-44-59.

Файзулин Тимур Шамильевич: ФГБУ ВНИИ ГОЧС

(ФЦ), зам. нач. отд.

121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.

Тел.: (499) (499) 449-90-20, доп. 40-20.

E-mail: tim3725@yandex.ru