Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научно-технических решений и методов создания аппаратно-программного комплекса для дистанционного мониторинга и экологического контроля состояния объектов добычи и переработки нефти и газа на основе технологий фотоники.

Докладчик: Жевлаков Александр Павлович

Должность: научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Цель проекта:
Исследование и разработка критериев высокоэффективного использования технологий фотоники в задачах дистанционного мониторинга и экологического контроля состояния объектов добычи и переработки нефти и газа. Обоснование и разработка технических решений создания комплекса, способного обеспечивать получение достоверной информации о фоновых и надфоновых содержаниях углеводородных газов (УВ-газов) на объектах добычи и переработки нефти и газа при использовании технологий фотоники.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Разрабатываемые научно-технические решения и метод создания аппаратно-программного комплекса для дистанционного мониторинга и экологического контроля состояния объектов добычи и переработки нефти и газа на основе технологий фотоники должны обеспечивать достоверность диагностики наличия или отсутствия углеводородных загрязнений на уровне 95%.

2. Разрабатываемые научно-технические решения и метод создания аппаратно-программного комплекса обеспечат экстремально высокую чувствительность измерения концентрации углеводородных загрязнений на уровне 0.1 ppm•v и селекцию молекул CxHy со спектральным разрешением ∆λ/λ≤ 0.01.

3. Новизна предлагаемых подходов в реализации цели заключается в разработке принципиально новых методов и облика устройств (когерентного приема, пространственно-временной и спектральной селекции лидарных эхо-сигналов), способствующих значительному снижению уровня фоновых засветок, достижению ультраспектрального разрешения, сверхвысокой чувствительности измерений.

Комплексирование методов лазерного зондирования и ИК радиометрии позволит повысить эффективность выявления нефтезагрязнений за счет непрерывного площадного и профильного сканирования в режиме реального времени с картированием местности и одновременным выделением аномальных зон с повышенным содержанием загрязняющих веществ.

Внедрение в практику данной технологии позволит решить задачу оперативного мониторинга и экологического контроля состояния объектов добычи и переработки нефти и газа и существенно снизить ущерб от потерь углеводородного сырья, т.к. информация, полученная при использовании данного аппаратно-программного комплекса, позволит осуществлять планирование адекватных мер и действий по обеспечению экологической безопасности и количественно оценивать состояние окружающей среды.

4. Метод комбинационного рассеяния является известным и широко используемым за рубежом. Вместе с тем существующие в мире лидары подобного типа рассчитаны на обнаружение лишь ограниченного набора веществ и не обеспечивают измерение концентраций компонентов в окружающей среде с уровнем ниже 10^-13 см^-3.

Все аналоги, как правило, регистрируют единицы атмосферных компонентов и примесей. В качестве источников зондирования в них применяются твердотельные лазеры с ламповой накачкой или эксимерные лазеры, обладающие малым ресурсом работы (не более 10^8 импульсов).

5. Научно-технические риски, связанные с невозможностью получения научного результата сведены к минимуму, может быть связан лишь с форсмажорными обстоятельствами природного или климатического характера.
Минимизация рисков будет обеспечена за счет выбора оптимальных научно-технических решений, модульных принципов построения аппаратно-программного комплекса и передовых технологий, применяемых при разработке отдельных модулях, в т.ч. программных продуктов.
Экономический риск, связанный с разработкой научно-технических решений аппаратно-программного комплекса, способного регистрировать предельно малые концентрации искомых углеводородных веществ бесконтактным способом, определяется
уровнем цен на сырьевые материалы, полуфабрикаты, комплектующие изделия, энергоносители, т.е. в определенной степени стабильностью макроэкономики в стране.
Вероятность коммерческого риска будет сведена до минимального уровня за счет правильности выбора потребных финансовых ресурсов, строгого соблюдения сроков выполнения этапов, экономии энергоресурсов, использования высокопроизводительной и безотходной технологий производства, автоматизации технического обслуживания и ремонта.
Конъюнктурный риск, по-видимому, в ближайшие 10 лет не грозит из-за непрерывного роста потребителей лидарной техники в нефтегазовом комплексе России и за рубежом.
Отдельные сбои в выполнении проекта могут быть вызваны лишь несвоевременными поступлениями платежей от Заказчика.
Инвестиционный риск в перспективе, очевидно, должен быть исключен правильностью выбора и надежностью инвестора, с одной стороны, и привлекательностью потребительских свойств коммерческого продукта, с другой.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Высокоэффективная технология авиамониторинга морских акваторий востребована организациями и предприятиями Минтранса, Росрыболовства, Минприроды для выполнения научно-исследовательских программ, а также производственных заданий:
а) Минтранс:
- экологический контроль акватории Северного морского пути;
- информационное обеспечение ледовой лоцманской проводки судов в акватории Северного морского пути;
- совершенствование навигационно-гидрографического и гидрометеорологического обеспечения плавания судов в акватории Арктических морей.
б) Росрыболовство:
- обнаружение, регистрация и идентификация приповерхностных скоплений пелагических рыб (скумбрия
лосось, мойва и др.);
- определение концентрации фито и зоопланктона;
- выделение и определение положения океанологических фронтов на основе индикаторов водных масс;
- измерение прозрачности морской воды в приповерхностном слое моря;
- профилирования морского дна на мелководье;
- обнаружение загрязнений морской поверхности нефтепродуктами.
в) Минприроды:
- выполнение фоновых океанографических съемок прибрежных акваторий омывающих и внутренних морей России;
- экологический мониторинг окружающей среды, обнаружение и регистрация мест техногенных сбросов на акваториях морей, озер, рек и водоемов;
- определение степени загрязнения воды и выявление потенциальной опасности деятельности предприятий, находящихся в непосредственной близости от водных акваторий;
- экологические наблюдения в прибрежных зонах и на шельфах омывающих и внутренних морей России по программе «Морские берега».

Районами комплексного авиамониторинга морских акваторий являются все омывающие и внутренние моря Российской Федерации, включая: арктические моря и Северный морской путь (Баренцево, Белое, Карское, Чукотское, Берингово), а также Охотское, Японское, Балтийское, Черное, Азовское, Каспийское моря и внутренние судоходные озера - Ладожское, Онежское и Байкал.

2. Применение предлагаемого аппаратно-программного комплекса нового поколения в секторах экономики позволит:
- своевременно и оперативно обнаруживать источники загрязнения окружающей среды нефтепродуктами и их отходами при бурении, проведении поисково-разведочных работ и транспортировке;
- проводить экологический мониторинг состояния объектов для последующей оценки и прогнозирования влияния геологоразведочных работ на окружающую среду и расчета возможного ущерба;
- проводить оценку экологических и инженерных условий проектирования, строительства и эксплуатации скважин, прокладки трубопроводов и др.;
- разрабатывать природоохранные мероприятия по улучшению экологического состояния элементов геологической среды, устранению последствий загрязнения и минимизации экологических рисков.

3. Результаты проекта позволят перейти к разработке нового аппаратно-программного комплекса дистанционного мониторинга и экологического контроля, способного:
- Осуществлять автоматизированное управление и обработку результирующих данных за счет программных приложений, полученных при помощи новой технологии, путем коммуникации лидарной установки с портативным компьютером посредством плат сбора данных National Instruments и специально разработанной методики программного расчета.
- Осуществлять преобразование получаемых общефизических спектральных данных в целевую информацию и представлять в виде графика распределения концентрации индикаторных веществ по профилю, что обеспечивается посредством программного приложения написанного на языке С++ и программного обеспечения LabVIEW.
- Одновременно управлять аппаратно-программным комплексом, накапливать массивы данных съемок и навигационной информации, обрабатывать и отображать результаты в реальном времени при помощи компьютера, установленного на борту летательного аппарата. GPS-приемник, позволит выполнять полеты по заданной схеме и согласовывать данные сканирования (общефизическая информация зарегистрированных аномальных зон) с конкретными точками на электронной карте. Сопоставлять и анализировать результаты исследований (картографическая информация) с данными полученными другими методами посредством использования компьютерной технологии производства компании ESRI – ArcGIS.
- Производить оперативное зондирование без нанесения ущерба окружающей среде.

Применение аппаратно-программного комплекса и его комплексирование с традиционными позволит:
- существенно сократить сроки поисковых работ и снизить затраты;
- повысить точность прогнозирования и достоверность получаемой информации;
- в короткий срок наращивать массивы геолого-химических данных по объектам изучения для осуществления выбора объектов с наибольшей экологической нагрузкой.

Текущие результаты проекта:
Научным коллективом, разработан, изготовлен, после успешного проведения натурных летных испытаний в 2006 г передан Заказчику – дочернему предприятию ОАО «Газпром РФ» - бортовой лидар-газоанализатор, предназначенный для аэропоиска, идентификации, измерения мощности утечек и поля распределения концентрации газа на трансконтинентальных нефте- и газопроводах. Лидар измеряет концентрации атмосферных примесей, существенно ниже ПДК. По своему ультраспектральному разрешению (λ/Δλ ≥ 1000) он превосходит отечественные и зарубежные аналоги на два порядка.

На сегодняшний день разрабатывается модернизированный вариант лидара для нужд ОАО "Газпром", обладающий столь же высокими обнаружительными и селективными характеристиками, но со сниженной массой и габаритами.