Участники секции «Геотехнический мониторинг объектов нефтегазовой инфраструктуры» представили свой опыт мониторинга температурного режима грунтов в изменяющихся условиях криолитозоны и новые решения для отслеживания и прогнозирования состояния вечной мерзлоты.
Открывая секцию, эксперт по геотехническому мониторингу «Мессояханефтегаза» Анна Курчатова напомнила о недавней встрече президента РФ Владимира Путина и губернатора Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) Дмитрия Артюхова, в ходе которой глава региона на вопрос президента о том, тает ли вечная мерзлота, ответил, что она «меняется» и ситуация требует очень серьезного отношения и научных наблюдений.
Ключевым вопросом геотехнического мониторинга как раз и является оценка текущего состояния и прогноз взаимодействия инженерных объектов и многолетнемерзлых грунтов. Основной фокус докладов – поиск оптимальных решений для обеспечения надежности и безопасной эксплуатации уже существующих и строящихся инфраструктурных объектов на многолетнемерзлых грунтах. И для решения этой задачи требуется серьезная научная база.
Напомним, что в мае 2025 года «Газпром нефть» заявила о старте проекта по разработке геоинформационной системы для прогнозирования состояния криолитозоны в западной части полуострова Ямал. Специалисты компании отметили, что интеллектуальная система будет строится на результатах многолетнего геотехнического мониторинга, мультиспектрального космического зондирования, метеорологической, геофизической и другой информации о ландшафтах и геологии региона. Сервис позволит прогнозировать изменения вечномерзлых грунтов до 2050 года и поможет в выборе оптимальных решений для развития инфраструктуры, экологичной и безопасной разработки месторождений Арктики.
Слово – за наукой
Заведующий кафедрой геокриологии МГУ им. М. В. Ломоносова Анатолий Брушков отметил, что построение надежных геокриологических прогнозов возможно только на основе сочетания климатического прогноза и мерзлотного прогнозирования, включающего не только расчетные методы, но и мониторинговое сопровождение.Важным параметром климатического прогноза является температура воздуха, которую дополняют такие параметры, как количество осадков в теплый и зимний периоды. Для геокриологического прогноза значимы температура горных пород, влажность слоя сезонного протаивания (СТС) и его глубина, высота и плотность (теплофизические свойства) снежного и растительного покровов.
Изменение теплофизических характеристик напочвенных покровов и грунтов СТС имеет ключевое значение для расчета температурного режима, поэтому наблюдение за этими параметрами и их прогноз необходимы для прогноза состояния вечной мерзлоты. Инструментарий прогнозирования достаточно широк – могут применяться методы моделирования или факторного прогноза, метод природных циклов, метод экспертных оценок, метод ретроспективного анализа и др.
Практический подход
Опытом геотехнического мониторинга на примере Восточно-Мессояхского месторождения поделилась эксперт по геотехническому мониторингу «Мессояханефтегаза» Анна Курчатова. По ее словам, в специализированных программных комплексах созданы цифровые двойники элементов сети геотехнического мониторинга всех крупных объектов, кустовых площадок и нефтесборной сети. Так, для каждой из более 60 тысяч свайных опор промысловых трубопроводов определены пространственно-высотные координаты. Эта работа позволяет применять аэрофотосъемку, совмещенную с лидаром, для определения возможных деформаций опор эстакад. Анна Курчатова отметила, что результаты замеров визуализируются на цифровой карте, благодаря чему специалисты «Мессояханефтегаза» в режиме онлайн могут оценить текущее состояние объектов и запланировать работы. Завершая работу секции, эксперт обратила внимание слушателей на тот факт, что геотехнический мониторинг меняет свой статус: сегодня это необходимый инструмент планирования и управления состоянием объектов нефтегазовой инфраструктуры на основе применения численных методов прогноза, цифровых двойников, дистанционных технологий, а не только обязательный комплекс режимных наблюдений согласно требованиям государственных нормативных документов.О важных аспектах обустройства месторождений в условиях вечной мерзлоты на сессии рассказал руководитель направления по экспертизе термостабилизации многолетнемерзлых грунтов «Газпромнефть-Заполярья» Антона Санников. Стоит отметить, что в 2024 году на предприятии был создан Центр обустройства и эксплуатации месторождений в криолитозоне, который систематизирует передовые подходы к проектированию, строительству и эксплуатации промышленных объектов на Крайнем Севере. Специалисты центра проводят комплексную оценку технологий, оборудования и материалов, применяемых для создания инфраструктуры на вечномерзлых грунтах.
Антон Санников отметил, что технологическое оборудование, здания и сооружения при обустройстве месторождений устанавливаются на надежный фундамент, глубина которого может достигать 20-30 метров. Как правило, это стальные трубчатые сваи. При этом чрезмерная длина свай приводит к большой металлоемкости и трудоемкости погружения, особенно в сложных инженерно-геологических и климатических условиях. Именно поэтому важно рассчитать оптимальную глубину погружения, обеспечивающую надежность и безопасность конструкции, оказывающую минимальное воздействие на окружающую среду, подчеркнул эксперт. Для этих целей в 2025 году «Газпромнефть-Заполярье» запатентовало новый цифровой сервис «Автоматизированные инженерные расчеты». До его внедрения экспертиза оснований требовала сложных вычислений и тщательной перепроверки результатов. Теперь благодаря программе экспертиза проекта происходит значительно быстрее и с высокой точностью.
Опытом мониторинга температурного режима грунтов в изменяющихся условиях криолитозоны на примере Ямбургского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ) поделился ведущий инженер Ямбургской лаборатории мерзлоты Инженерно-технического центра «Газпром добыча Ямбург» Михаил Лебедев.
Сравнение температурного режима грунтов основания проводилось на сооружениях с различными условиями эксплуатации. Интересный эффект показали сооружения из блок-понтонов с проветриваемым подпольем (укрупненные блоки на понтонах доставлялись на Ямбург при его обустройстве). Благодаря конструкции в процессе эксплуатации такие сооружения показали понижение температуры грунтов по сравнению с начальными зафиксированными значениями, что обеспечивает несущую способность основания даже при небольшой высоте проветриваемого подполья.
Геотехнический мониторинг в комплексе
Тему геотехнического мониторинга на объектах добычи газа продолжила начальник лаборатории «Газпром ВНИИГАЗ» Евгения Микляева, рассказавшая о системе автоматизированного дистанционного геотехнического мониторинга на основе комплексирования спутниковых и наземных технологий наблюдений.Дистанционные методы геотехнического мониторинга сейчас становятся все более актуальными, поскольку геокриологические процессы, связанные с оттаиванием многолетнемерзлых грунтов, требуют все больших объемов маркшейдерско-геодезических работ, которые очень трудоемки и сложны в условиях удаленности, труднодоступности и протяженности исследуемых объектов. Разработанная система автоматизированного дистанционного геотехнического мониторинга включает разные методики контроля:
- спутниковая радиолокационная интерферометрия для оценки площадных вертикальных смещений поверхности,
- наземное лазерное сканирование для построения карт деформаций и 3D-моделей сооружений,
- параметрический контроль с применением датчиков непрерывного действия в зонах максимальных напряжений.
Разработанная методика комплексирования позволяет интегрировать данные аэрокосмического и наземного контроля в единой программной среде – цифровой информационной модели объекта, представляющей собой синхронизированную картину геотехнического состояния объекта. Опытный образец автоматизированной системы, включающий модули спутникового мониторинга, лазерного сканирования и параметрического контроля, прошел на объектах добычи газа в условиях Крайнего Севера. Технология продемонстрировала ряд преимуществ, в т.ч. обеспечив сокращение объема ручных измерений на 70%, решив задачи по оптимизации периодичности сканирования объектов и количества пунктов параметрического контроля с дорогостоящим оборудованием.
Точностные параметры соответствуют нормативным требованиям для геотехнического мониторинга, а объем генерируемых данных значительно превосходит возможности традиционных методов, что позволяет комплексно анализировать происходящие процессы и совершенствовать прогноз деформаций. Важным аспектом для дальнейшего внедрения этой разработки является постепенное введение методов дистанционного мониторинга в нормативную отраслевую и корпоративную документацию, поскольку, например, спутниковое наблюдение пока не принято нормативно как метод ГТМ.
Тему необходимости совершенствования нормативной базы продолжил главный геокриолог РосПроекта Владимир Георгияди. Одной из серьезных сложностей при осуществлении ГТМ объектов в криолитозоне является отсутствие в нормативной документации единой методики проведения наблюдений, которая позволяла бы получать полную и достоверную информацию о состоянии сооружений и оснований. Упростить процесс мониторинга помог бы пересмотр подходов к нормативной документации и методикам проведения ГТМ на базе опыта крупных компаний, накопленного при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов в криолитозоне. В дальнейшем это может стать основой для разработки единого нормативного документа в области геотехнического мониторинга для зданий и сооружений, в т. ч. расположенных в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов.
Мониторинг, анализ, прогноз
Много внимания участники секции сосредоточили на инструментах прогнозирования состояния грунта в основании сооружений на вечной мерзлоте, чтобы своевременно предпринимать меры по дополнительной термостабилизации. Игорь Дембовский, менеджер проектов «НТЦ Симмэйкерс» рассказал о возможности автоматизации геотехнического мониторинга с применением 3D-моделей температурного режима основания.Совместное использование средств автоматизации геотехнического мониторинга и 3D-моделирования оснований сооружения позволяет не только автоматизировать выполнение рутинных задач (вплоть до создания цифровой модели для уже эксплуатируемых типовых объектов), но и произвести глубокий анализ нормативного состояния сооружения с помощью цифровой модели, верифицированной данными ГТМ. Такой тандем позволяет построить цифровой инженерно-геокриологический двойник объекта, что дает возможность прогнозировать состояние грунтов на основании данных мониторинга, а также рассчитывать несущую способность свай и осадки грунта, причем как в режиме реального времени, так и на несколько лет вперед с учетом актуальных данных.
Инструменты искусственного интеллекта также находят свое применение в прогнозировании состояния многолетнемерзлых грунтов при условии того, что модель выбрана адекватно. Опытом разработки системы предиктивной аналитики с использованием нейросетей и машинного обучения поделился директор по развитию компании «Русгеотех» Алексей Шарков.
В качестве основы метода прогнозирования температурного режима многолетнемерзлых грунтов была взята рекуррентная нейронная сеть (RNN) модели LSTM (Long Short-Term Memory). Именно такая нейросеть оптимально подходит для работы с данными геотехнического мониторинга многолетнемерзлых грунтов в сравнении с градиентным бустингом, при котором последовательно создается набор слабых прогнозных моделей, которые комбинируются в единую сильную модель.
