Внедрение автоматизированного термометрического мониторинга на вечной мерзлоте

В Российской Федерации общая площадь, занимаемая вечной мерзлотой, занимает почти 65% территории. В этой зоне располагаются важные хозяйственные и инфраструктурные объекты: сооружения нефтегазового комплекса, включая газо- и нефтепроводы, горно-обогатительные и добывающие предприятия (золото, платина, алмазы, редкоземельные металлы и т.д.), железнодорожные пути и дороги, а кроме того города и поселки, в которых проживают люди, обеспечивающие работу всех этих объектов.

Не секрет, что, когда возводились эти объекты, не было четкого понимания хрупкости экосистемы приполярных территорий, а потому считалось, что многолетнемерзлые грунты не подвержены серьезному техногенному влиянию и всегда будут пребывать в стабильном состоянии.

Однако, глобальное потепление и человеческая деятельность привели к тому, что стабильность значительной части многолетнемерзлых грунтов под большим вопросом, особенно вблизи от зданий и сооружений.

Активизируются опасные криогенные процессы, грунты становятся пластичномерзлыми, появляются таликовые зоны. Все это может привести к опасным техногенным катастрофам, угрожающих хрупкой природе Арктики на больших пространствах, и уже привело к систематическим разрушениям дорог и железнодорожных путей, нефте- и газопроводов, осадке фундаментов зданий, повреждению взлетно-посадочных полос.

Такие локальные катастрофы несут угрозу жизнедеятельности людей и наносят огромный экономический ущерб. Для обнаружения опасных тенденций в вечной мерзлоте необходимо вести постоянный геотехнический мониторинг в режиме 24/7, чтобы фиксировать начало изменения температуры в слоях грунта, прогнозировать неблагоприятные процессы и принимать соответствующие меры по предотвращению катастроф.

Такие задачи решаются с помощью построения автоматических систем по удаленному сбору данных с термометрических скважин, в которых проводятся наблюдения. Работа таких систем позволяет оценивать полученные данные и строить прогнозные модели поведения температуры в многолетнемерзлых слоях грунта.

Системы геотехнического мониторинга, разработанные РУСГЕОТЕХ, состоят из термокос РГТ-ИТМ2 различной длины и с различным количеством датчиков, логгеров температуры с поддержкой беспроводной и проводной передачи данных на удаленный сервер, и цифровой платформы SmartGTM, обеспечивающей обработку данных и построение прогнозов динамики температурных полей.

Логгеры обеспечивают передачу данных по различным технологиям.

Беспроводные

• РГТ-ЛС-03 - передача данных по радиосетям свободного пользования NB-Fi и LoRaWAN;
• РГТ-ЛС-04 - передача данных по сетям сотовой связи NB-IoT, LTE/pLTE, а также по спутниковым сетям связи оператора Iridium.

Проводные

• РГТ-ЛС-02 - передача данных по промышленным сетям RS-485;

Дальность передачи данных от логгера до базовой станции может достигать 3 – 10 км. Это зависит от типа беспроводной связи, плотности городской или малоэтажной застройки и рельефа местности.

Система собирает данные с логгеров через заранее определенные промежутки времени и передает их по беспроводным или проводным технологиям на сервер. Там они обрабатываются и попадают в базу данных, которая позволяет получать и хранить данные без ограничений по длительности мониторинга и объёму. После чего пользователи системы могут работать с этой БД – следить за динамикой температуры грунтов в основании зданий и сооружений повышенной ответственности, строить прогнозы их поведения в будущем, отслеживать проблемные участки и критические зоны.

РУСГЕОТЕХ предлагает цифровую платформу Smart GTM для автоматического геотехнического мониторинга температурного поля исследуемого объекта. Интерфейс ПО предлагает удобную визуализацию информации в виде как графического отображения динамики изменения температуры слоёв грунта в зоне многолетней мерзлоты, так и построения карт динамики температурного поля, а также сигнализирует о приближении к критическому порогу значений температуры.

Наша система с успехом используется различными организациями: научно-исследовательскими институтами и университетами, добывающими компаниями, включая нефтегазовый комплекс, коммунально-техническими службами приполярных городов и т.д.

Вот список наиболее интересных интеграций автоматизированной системы температурного геотехнического мониторинга от РУСГЕОТЕХ:

• С 2023 года мы сотрудничаем с Заполярным государственным университетом (г. Норильск). На территории Норильского промышленного района (г. Норильск, Талнах, Кайеркан, Дудинка) развёрнута наша система термометрии грунтов в рамках создания региональной системы фонового мониторинга. Глубина скважин составляет до 200 м. В общей сложности установлено более 20 комплектов оборудования с передачей данных по сотовой и спутниковой связи.
• В 2023 году в рамках сотрудничества с Северо-восточным научно-исследовательским институтом в Чукотском автономном округе на территории г. Анадырь развёрнута система термометрии грунтов в рамках создания региональной системы геотехнического мониторинга. На территории жилой застройки установлено 6 комплектов оборудования с передачей данных по сотовой связи.
• С 2023 года мы являемся поставщиком оборудования для Научного центра изучения Арктики, г. Салехард. На территории жилой застройки города Салехард и на полигоне "Семь лиственниц" установлено в общей сложности более 100 комплектов оборудования для термометрии грунтов с передачей данных по сотовой связи и радиоканалу NB-Fi.
• В текущем году для Научно-исследовательского института транспортно-строительного комплекса была выполнена поставка оборудования для автоматизированного мониторинга температуры дорожного полотна на экспериментальных участках автодорог федерального значения в центральной части России (Ростов, Краснодар, Сочи).
• В 2022 году на линейном объекте Роспан Интернешнл была развёрнута система термометрии грунтов с передачей данных по сотовой связи. Вдоль трассы трубопровода было установлено 25 комплектов оборудования. Также была выполнена интеграция данных в корпоративную систему верхнего уровня.
• В 2021 году в г. Норильске было реализовано 2 проекта: 1 - в черте г. Норильска на территории дамбы пруда Долгий, там установлено 10 комплектов оборудования с передачей данных по сотовой связи; 2 - на территории ТЭЦ-2, там также установлено 10 комплектов с передачей данных по радиоканалу.
• В 2022-2023 гг. на объектах Ванкорского кластера месторождений была развёрнута система термометрии грунтов с передачей данных по радиоканалу и сотовой связи (6 комплектов оборудования), а также обустроены термокосами глубокие скважины (более 500 м).
• В 2023 и 2024 годах мы выполнили поставку оборудования для дистанционной термометрии грунтов на площадных объектах проекта Восток-Ойл (Роснефть). В общей сложности было поставлено более 4,5 тыс комплектов оборудования.
• В 2023 году в Кайеркане (Норильск) на территории насосной станции была запущена автоматизированная система мониторинга температуры грунтов и крена строительных конструкций с передачей данных по радиоканалу. Установлено и запущено в работу 10 комплектов оборудования для термометрии и 12 инклинометров.