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

Номер контракта: 14.578.21.0090

Руководитель: Жевлаков Александр Павлович

Должность руководителя: ведущий научный сотрудник

Докладчик: Гришканич Александр Сергеевич, инженер

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
дистанционный мониторинг, экологический контроль, применение технологий фотоники, лазерное зондирование, тепловизионная съемка, аппаратно-программный комплекс, геоэкологическое состояние объектов, вещества-индикаторы нефтезагрязнений, геоэкологическое картирование, оценка рыночного потенциала.

Цель проекта:
Актуальность выполняемой составной части научно-исследовательской работы для нефтегазового комплекса России определяется необходимостью совершенствования систем производственного экологического контроля и локального мониторинга объектов нефтегазовой отрасли, что в свою очередь потребует создания и внедрения более дешевых современных «экологически чистых» технологий, способных обеспечить эффективный мониторинг и экологический контроль объектов добычи и переработки нефти и газа особенно в малоизученных и труднодоступных для освоения районах территорий и акваторий РФ. Задачей проекта является повышение эффективности экологичекого мониторинга объектов добычи и переработки нефтегазовых месторождений за счет внедрения современной лазерно-оптической технологии дистанционного мониторинга месторождений углеводородов (УВ) с увеличенной чувствительностью детектирования в комплекс традиционных методов. Целью проекта: 1) Разработка экологически безопасных высокоэффективных дистанционных методов и технологий для проведения экологического мониторинга с целью оценки состояния природных и природно-техногенных систем на предмет обнаружения утечек из нефте- и газопроводов и других объектов ТЭК 2) 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.

Основные планируемые результаты проекта:
Проведен анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научные основы и исследования в области дистанционного экологического мониторинга с целью определения оптимального физического обнаружения индикаторов экологической опасности. На основе анализа выбран метод спонтанного комбинационного рассеяния как наиболее подходящий для разработки сверхвысокочувствительной аппаратуры дистанционного мониторинга, количественной и качественной оценки признаков экологической опасности на объектах добычи и переработки нефти и газа.

Проведена оценка достижений в области спектроскопических методов анализа углеводородов и экологический мониторинг объектов добычи и переработки нефти и газа на основе технологий фотоники, показавшая необходимость патентования отдельных технических решений и методик, разрабатываемых в ходе текущей ПНИЭР.

Исследование метода спонтанного комбинационного рассеяния, количественных и качественных геохимических признаков оценки геоэкологического состояния объектов добычи и переработки нефти и газа с целью разработки сверхвысокочувствительной аппаратуры для дистанционного мониторинга позволит снизить финансовые затраты и повысить коэффициент успешности ликвидации аварий.
Развитие и внедрение технологий фотоники и новых физических методов нелинейного увеличения чувствительности детектирования углеводородов позволяет реализовать богатейшие и практически неисчерпаемые информационные возможности лазерного зондирования для создания высокоэффективной и конкурентноспособной технологии аэрогеохимического поиска выбросов поллютантов на объектах ТЭК.

В рамках ПНИЭР будут разработаны научно-технические решений и методы создания аппартно-программного комплекса для дистанционного мониторинга и экологического контроля состояния объектов добычи и переработки нефти с концентрациями УВГ на уровнях 100 ppb.



Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Лазерное зондирование - наиболее современный метод дистанционного обследования Земли, позволяющий определять параметры составляющих атмосферы и гидросферы, которые дистанционно в принципе не могут быть измерены другими методами. Лазерные аппаратурные комплексы и спектрометры способны регистрировать пространственное распределение углеводородных аномалий в приземных слоях атмосферы, устанавливать места протечек в трубопроводах, выбросы углеводородов и продуктов их сгорания на месторождениях нефти и природного газа, анализировать влияние на окружающую среду объектов переработки нефти и газа.

Сенсоры, основанные на дистанционном лазерном зондировании, способны проводить детальный анализ исследуемых объектов и компонентов окружающей среды по их спектральным характеристикам в условиях существенно ниже предельного уровня пространственного разрешения наблюдательных систем. Комплексирование метода лазерного зондирования с другими современными технологиями, в первую очередь с тепловизионной съемкой, позволит создать эффективную систему, способную решать задачи оценки и мониторинга состояния объектов добычи и переработки нефти и газа в различных гидрологических и климатических условиях.

Преимуществами данного метода являются: дистанционность, бесконтакность, возможность непрерывного площадного и профильного сканирования с одновременным определением широкого набора химических элементов и соединений, а также высокая чувствительность и скорость детектирования. Достоинства лидаров, по сравнению с радиоволновыми радарами, заключаются, прежде всего, в их помехоустойчивости и более высоком пространственном разрешении, не говоря уже о выявлении спектральных признаков обнаруживаемых объектов.

Развитие и внедрение новых физических методов нелинейного увеличения чувствительности детектирования позволяет реализовать богатейшие и практически неисчерпаемые информационные возможности лазерного зондирования для создания высокоэффективной и конкурентоспособной технологии дистанционного мониторинга геоэкологической обстановки объектов добычи и переработки месторождений углеводородов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Обеспечение нефтегазовой отрасли новой технологией дистанционного мониторинга и экологического контроля объектов добычи и переработки нефти и газа, обладающей оперативностью сбора данных об углеводородных загрязнениях и их высокой достоверностью и позволяющей прогнозировать развитие экологической обстановки в зондируемом регионе. Кроме того разрабатываемая технология востребована для авиамониторинга морских акваторий организациями и предприятиями Минтранса, Росрыболовства, Минприроды для выполнения научно-исследовательских программ, а также производственных заданий.

Потребителями могут являться: государственные структуры и специализированные институты России, занимающиеся наблюдением и сбором информации о состоянии окружающей среды и ее загрязнении (Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации и Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору); компании, выполняющие работы по проектированию и разработке запасов нефтяных месторождений, а также транспортировке нефти и нефтепродуктов – ОАО «НК «Роснефть», ОАО «Татнефть», ОАО «Лукойл», ОАО «АК «Транснефть», ОАО «Газпром нефть», и др.; зарубежные нефтедобывающие компании - British Petroleum, Shell, Texaco и т.д.

Эффект от реализации будет состоять в повышении гражданской обороны, дополнении аварийно-спасательного оборудования, а также предотвращения аварий на объектах топливно-энергетического комплекса. Внедрение разработанной технологии позволит сократить зависимость российского рынка от импортной продукции и загрузить отечественные производственные мощности, освоить ряд передовых технологий в системе безопасности.

Предлагаемая разработка откроет перспективу создания отечественной лазерной локационной аппаратуры, осуществляющей в реальном масштабе времени контроль и прогнозирование негативных последствий техногенных загрязнений приземных слоев атмосферы, акваторий, в сейсмоопасных районах геодинамической активности, и обеспечения необходимой информацией при принятии адекватных управленческих решений для минимизации ущерба для всей страны в целом.



Текущие результаты проекта:
На данный момент в рамках ПНИЭР проведены:

1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научные основы и исследования в области дистанционного экологического мониторинга.
2 Патентные исследования
3 Выбор и анализ качественных и количественных геохимических признаков оценки геоэкологического состояния объектов добычи и переработки нефти и газа.
4 Научное обоснование выбора метода и средств теоретического и экспериментального исследования процесса дистанционного выделения нефтезагрязнений.
5 Закупка необходимого технологического и контрольно-измерительного оборудования для проведения экспериментов.
6 Разработка документации к специальным лабораторным помещениям (чистым зонам) для проведения экспериментальных исследований и работ по изготовлению функциональных узлов ЭО Комплекса.
7 Разработка программ и методик экспериментальных исследований опорных спектров веществ-загрязнителей.
8 Разработка эскизной документации на создаваемую экспериментальную установку для проведения исследования спектральных характеристик веществ-загрязнителей.
9 Разработка и изготовление экспериментальной установки для проведения отработки технических решений и исследования спектральных характеристик веществ-загрязнителей.
10 Разработка программ и методик экспериментальных исследований опорных спектров веществ-загрязнителей.
11 Разработка эскизной документации на создаваемую экспериментальную установку для проведения исследования спектральных характеристик веществ-загрязнителей.
12 Разработка и изготовление экспериментальной установки для проведения отработки технических решений и исследования спектральных характеристик веществ-загрязнителей.
13 Оценка экономической целесообразности и эффективности применения технологии фотоники при оценке экологического состояния объектов добычи и переработки нефти и газа.
14 Оснащение технологическим и климатическим оборудованием специальных лабораторных помещений (чистых зон).
15 Разработка программного приложения на основе пакета LabView для обработки экспериментальных данных.
16 Исследования опорных спектров веществ-загрязнителей на экспериментальной установке.
17 Разработка эскизной документации на ЭО Комплекса.
18 Разработка методики идентификации углеводородных загрязнений на объектах добычи и переработки нефти и газа на основе данных лидарных измерений и тепловизионной съемки.
19 Создание алгоритмов построения цифровых геоэкологических карт с выделением загрязненных объектов и оформления, хранения и документирования отчетных материалов.
20 Разработка, изготовление оснастки и закупка элементов для перестраиваемого Титан-Сапфирового лазера с целью настройки и градуировки фотоприемной подсистемы ЭО Комплекса.
21 Закупка аналого-цифровой измерительной системы на базе NI PXI.
22 Калибровка средств измерения.

Также подготовлены:
1. Диссертация по результатам проекта «Мониторинг мерзлых грунтов арктики спутниковым свч радиометрическим методом»
2. 3 статьи, опубликованные в журналах scopus и web of science «Grishkanich, A. S., Bespalov, V. G., Sidorov, I. S., Gusarov, A. S., Kashcheev, S., Elizarov, V. V., & Zhevlakov, A. P. (2015, May). Lidar for monitoring methane hydrate in the arctic permafrost. In SPIE Sensing Technology+ Applications (pp. 94860W-94860W). International Society for Optics and Photonics.»; Specifics of processing SRS lidar signals in GHz frequency range Grishkanich A.S., Elizarov V.V., Kascheev S.V., Zhevlakov A.P., Sidorov I.S. In Multispectral Image Processing and Pattern Recognition (MIPPR2015). International Society for Optics and Photonics., Environment monitoring methane emission in Siberian permafrost by airborne SRS-Lidar Grishkanich A.S., Elizarov V.V., Kascheev S.V., Zhevlakov A.P., Sidorov I.S.
In SPIE/OSJ Biophotonics Japan International Society for Optics and Photonics.
3. Cвидетельство о регистрации программы ЭВМ: Программа регистрации и обработки эхо-сигналов, в лидарном комплексе при дистанционном детектировании УВ газов на подстилающей поверхности.