Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ECONOMIC EFFICIENCY SUBSTANTIATION OF AIRBORNE LASER SCANNING METHOD FOR LINEAR AND AREAL FACILITIES WHEN CONSTRUCTING COMPLICATED PROCESS FACILITIES IN OIL AND GAS COMPLEX

Rodnenko I.N. 1 Kanitskaya L.V. 1
1 Baikal State University
The purpose of the work is an estimate of cost for different types of works of each of the cycles of surveying: by traditional approaches and by an aerial laser scanning (ALS) during geodesic surveys in the oil and gas fields of the northern regions of the Eastern Siberia. The article points out the main advantages of (ALS) over the «classical» geodesic method of surveys from the technical point of view. It shows that at present there are no data on the cost of the complete complex of carrying out ALS for topographic and geodesic surveying. We estimated the cost for different types of works inside each of cycles of surveys both as by traditional method and ALS method. It shows that 40?% of works cost by means of «classical» method falls on organization of surveyors expedition camp and 47?% – on field surveying with that by means of ALS this cost is consequently 12 and 5 times lower. It is found the use of ALS method will allow to cut down the cost at 6.4 times for topographic and geodesic surveying during construction of linear and areal structures of oil and gas complex of Eastern Siberia.
aerial laser scanning (ALS)
surveys
oil and gas fields
economic effect
1. Alekseenko N.N. Inzhenernye izyskanija i obsledovanie zdanij. Specialnoe stroitel-stvo [Tekst] / N.N. Alekseenko // Vestnik MGSU 2016. no. 2. рр. 62–73.
2. Baborykin M.Ju. Mnogocelevoe ispolzovanie vozdushnogo lazernogo skanirovanija. Ceno-obrazovanie. Normirovanie [Jelektronnyj resurs] / M. Ju. Baborykin // Geoinfo.ru. jelek-tronnyj zhurnal 06. 03. 2016. URL: http://www.geoinfo.ru/includes/periodics/eljorn_all_articles/2016/0306/000011418/detail.shtml (data obrashhenija: 06.10.16).
3. Bajgulov A.N. Romaneskul M.A. Shumilov B.M., Gubskaja M.M. Metod proektirovanija remon-tov avtomobilnyh dorog na osnove mobilnogo lazernogo skanirovanija [Tekst] / A.N. Bajgulov // SAPR i GIS avtomobilnyh dorog 2013. no. 1. рр. 29–32.
4. Baborykin M.Ju. Zhidiljaeva E.V. Metodika provedenija monitoringa na ob#ekte «Juzhnyj potok» [Tekst] / M.Ju. Baborykin // Sfera. Neft i gaz 2014. no. 3. рр. 16–27.
5. Bunkovskij V.I. Perspektivy privlechenija investicij dlja razvitija toplivno jenergeti-cheskogo kompleksa Irkutskoj oblasti. [Tekst] / V.I. Bunkovskij // Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta 2012. no. 3. рр. 140–146.
6. Malinin V.V. Ispolzovanie lazernogo skanirovanija pri sozdanii topograficheskih pla-nov. Primenenie novejshih tehnologij v oblasti lazernogo skanirovanija obektov neftega-zovogo kompleksa [Tekst] / V.V. Malinin // Oil Gas J. Rus. 2010. no. 3. рр. 1–2.
7. Pacija A.M. Dannye distancionnogo zondirovanija Zemli osnova GIS neftegazovyh pred-prijatij [Tekst] / A.M. Pacija // Geomatika 2011. no. 1. рр. 52–54.
8. Pacija A.M. Geoinformatika vygodnyj instrument dlja predprijatij neftegazovoj otras-li [Tekst] / A.M. Pacija // Gazprom dobycha Krasnodar razvitie partnerstva 2011. no. 1. рр. 84–85.
9. Rizaev I.G. Mishhenko S.A. Predstavlenie dannyh lazernogo skanirovanija pri inzhenernyh izyskanijah [Tekst] / I.G. Rizaev // Geoprofi 2006. no. 5. рр. 45–48.
10. Rylskij I.A. Lazernoe skanirovanie i cifrovaja ajerofotosemka: novyj uroven detal-nosti [Tekst] / I.A. Rylskij // Geomatika 2015. no. 4. рр. 53–56.
11. Semenov V.I. Kosmicheskie tehnologii i lazernoe skanirovanie dlja neftegazovogo stroi-telstva [Tekst] / V.I. Semenov // Truboprovodnyj transport teorija i praktika 2011. no. 1. рр. 4–8.
12. Cherkesov S.N. Primenenie vozdushnogo lazernogo skanirovanija v neftegazovoj otras-li [Tekst] / S.N. Cherkesov // Geoprofi 2006. no. 4. рр. 57–59.
13. SP 11-104-97. Inzhenerno-geodezicheskie izyskanija dlja stroitelstva. Vved. S 01.01.98. Moskva: Izd-vo standartov, 1997.

Активное освоение нефтегазовых месторождений Восточной Сибири привело к увеличению объёмов строительных работ в нефтегазовом комплексе, как на объектах нефтегазодобычи, так и на объектах транспортировки и переработки углеводородов. Строительство новых объектов требует большого объема проектно-изыскательских работ, выполненных быстро, качественно и с соблюдением нормативной документации. Одним из способов ускорения сроков изыскательских работ, повышения точности, экономичности является воздушное лазерное сканирование (ВЛС), имеющее ряд преимуществ по сравнению с использованием традиционных технологий геодезических изысканий.

Первые ВЛС-системы были произведены в середине 1990-х гг., и Россия наряду с такими странами как Канада, США и Япония, вошла в четверку стран начавших первыми использовать эти системы. На сегодняшний день воздушное лазерное сканирование – самый современный метод сбора геопространственной информации о местности. Одновременно с воздушным лазерным сканированием проводится цифровая аэросъёмка. Результатом ВЛС является трехмерная точечная модель земной поверхности в заданной системе координат и набор цифровых аэрофотоснимков с известными элементами внешнего ориентирования.

В табл. 1 приведены основные параметры, характеризующие традиционную технологию геодезической съемки и изыскания с использованием ВЛС.

Анализ данных табл. 1 показывает, что традиционный метод значительно проигрывает методу ВЛС по многим показателям. Кроме того, в работах [1, 4–9, 11] авторы выделили следующие преимущества воздушного лазерного сканирования по сравнению с другими методами инженерно-геодезических изысканий:

– картографирование труднодоступных участков местности, таких как заболоченные и залесенные территории, где применение других методов съёмок трудоёмко и дорогостояще;

– высокая точность плановых и высотных измерений, не зависящая от физиологических ограничений человека и от индивидуальных ошибок;

– обработка результатов воздушного лазерного сканирования более технологична, оперативна и производительна по сравнению с другими методами;

– получение цифровых топографических планов (ЦТП) методом одновременной аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования;

– большая ширина исходной съёмки и высокая детализация ЦТП при проектировании позволяют учесть все нюансы местности;

– фиксация до четырех отражений одного посланного импульса (возможность разделения верха растительности и поверхности земли);

– оперативность получения конечных данных. Конечные картографические материалы могут быть готовы в течение нескольких дней (в зависимости от объёма работ).

Обычно при использовании традиционного метода геодезических изысканий трассирование и размещение промышленных площадок для технико-экономического обоснования проекта (ТЭО) и выдачи технического задания на производство работ осуществляют по топографическим планам и картам крупных масштабов (1:10000, 1:25000), которые не имеют достаточной детализации. Поэтому зачастую объекты на местности размещают, как говорят, «на глазок».

На этапе полевых работ ширина линейной съёмки составляет порядка 100 м. Это резко снижает возможности разработки различных вариантов проектов строительства таких нефтегазовых объектов, как системы сбора нефти и газа, системы внешнего транспорта и т.п. Кроме того, при данной технологии линейной съемки существует множество ограничений, которые обусловлены исключительно физиологическими данными человека. В частности, при выполнении геодезической съёмки в сравнении с ВЛС плотность точек на местности небольшая. К тому же при производстве работ в зимний период времени согласно СП 11-104-97 п. 5.59 инженерно-топографические планы, составленные в результате (по материалам) съёмки при высоте снежного покрова более 20 см, подлежат обновлению в благоприятный период года [11]. Практика показывает, что подобные обстоятельства при проведении геодезических работ приводят к необходимости проведения неоднократных дополнительных съемок, а это – прямые издержки, как временные, так и материальные.

Анализ различных доступных источников относительно стоимости всего цикла работ, выполняемых традиционным способом и ВЛС, показал, что таких данных нет. Имеются отдельные сведения по сравнению трудозатрат на инженерные изыскания, которые проводят с использованием традиционной технологии и методом мобильного лазерного сканирования [3]. Однако в этой статье не указано количество человек, занятых в работах, и авторы лишь констатируют, что метод лазерного сканирования более эффективен. Автор статей [7, 8] указывая пропорцию стоимости единицы объёма материалов аэросъёмки, по отношению к стоимости наземных съёмок, которая составила 1: 3, не приводит никаких данных, для подтверждения своих расчетов и не указывает регион проведения работ, что весьма важно. Однако в этих статьях говорится, что одним из неудобств для расчета стоимости аэрофотосъемки является раздельный учет объектов в каждом проекте, т.к. зависимость от мест базирования воздушного судна оказывает существенное влияние на конечную стоимость готового материала.

Автор работы [10] приводит данные себестоимости ВЛС с геопривязкой и уравниванием, которые составляют в зависимости от региона изысканий около 3500–8000 р. за 1 км2. Однако при расчете себестоимости ВЛС не указаны типы работ. В работе [2], напротив, приведены данные об относительной величине издержек на отдельные типы работ при проведении ВЛС с использованием наемного летательного средства, но абсолютных цифр издержек нет. Однако в статье говорится, что «несмотря на достаточно длительное использование лазерного сканирования в инженерных изысканиях (более 10 лет), до сих пор отсутствуют документы, регламентирующие правила выполнения работ, нормы времени и базовые цены. На данный момент существует не только теоретическое обоснование использования данных воздушного лазерного сканирования для решения инженерно-геологических задач, но и практическое. Однако использование как самого воздушного лазерного сканирования, так и дешифрирования… является необоснованным ввиду отсутствия свода правил (СП) и расценок в сборнике базовых цен… необходимо разработать базовые цены для проведения всего комплекса лазерного сканирования от полевых работ до обработки полученного материала, соответственно необходимо разработать нормы времени для подсчёта сметной стоимости работ. Тем самым узаконить данные виды работ, прояснив финансовые и временные затраты на выполнение воздушного лазерного сканирования и многократного использования полученных данных при сканировании» [2].

В связи с вышесказанным работа, в которой мы даем обоснование экономической целесообразности применения метода ВЛС при строительстве линейных и площадных объектов нефтегазового комплекса (НГК) достаточно актуальна. Целью настоящей работы является оценка издержек на различные типы работ каждого из циклов изысканий: традиционных геодезических и методом ВЛС.

Обычно все работы по освоению нефтегазовых месторождений компании-операторы начинают с планирования и синхронизации сроков различных типов работ по реализации этапов капитального строительства объектов нефтегазодобычи, например, таких как кустовые площадки, трубопроводы, ЛЭП, с одновременным формированием планов капитальных вложений. Первый этап – это проектно-изыскательские работы (ПИР). Так, например, в структуре ОАО «НК» Роснефть» по различным сложным технологическим объектам на этап ПИР обычно отводят 24 месяца. Около четырех месяцев выделяют на инженерные изыскания. Однако время инженерных изысканий может быть увеличено при значительной протяженности и труднодоступности линейных и площадных объектов.

Полевые изыскательские работы подразделяют на два типа: геодезические и геологические. Геологические изыскания – это особый тип работ, не поддающийся в настоящее время усовершенствованию. Следовательно, издержки на работы по геологическому изысканию невозможно снизить.

Таблица 1

Параметры съемки методом ВЛС и традиционным методом [6–10, 12]

Параметр

Метод съемки

ВЛС

традиционный

Плотность точечной модели местности

не менее 2 точек на м2

1 точка на 100–200 м2

Точность цифровой модели местности

по высоте не 15 см при высоте 1200 м и 7–8 см в плане

относительно

Аэрофотосъёмка и составляемые по ней ортофотопланы

размер пикселя на местности 4–5 см

отсутствует

Ширина полосы съемки

от 0 до 93 % от высоты полёта

Не более 100 м

Скорость выполнения съемки

Зависит от скорости воздушного судна, в среднем 150–200 км/ч

1–2 км/день в зависимости от местности

Таблица 2

Издержки на основные типы работ при традиционном и ВЛС методе изысканий

Типы работ

Распределение издержек по работам

Традиционный метод*

Метод ВЛС**

Издержки, руб./ км2

Издержки внутри цикла, проц.

Издержки, руб./ км2

Издержки внутри цикла, проц.

Организация лагеря

869 392

40,09

67 608

20,01

Полевые работы

1 034 171

47,69

190 592

56,41

Камеральная обработка полевых материалов

28 191

1,30

28 212

8,35

Создание цифровых топографических планов различных масштабов

236 803

10,92

51 457

15,23

Итого:

2 168 527

100

337 869

100

Примечание. *Используемое оборудование: приемники GPS/ГЛОНАСС, электронные тахеометры и нивелиры, компьютеры и специализированное ПО. **Используемое оборудование: воздушный сканер, цифровая аэро-фотокамера,GPS-приемники, специализированное ПО.

Топографические планы являются исходным материалом для всего комплекса работ по проектированию объектов НГК. Неточности в создании топографических планов и недостаточный объём данных обычно не позволяют разработать многовариантные решения по строительству объекта, для того чтобы можно было выбрать оптимальный вариант его технических и экономических параметров. А в дальнейшем эти недоработки могут сказаться и на экономике эксплуатации инженерных сооружений нефтегазового комплекса [6, 11].

Однако, как показала практика, при использовании ВЛС на таких объектах как нефтепроводы «ВСТО», «ВСТО-2», нефтеконденсатопровод «Уренгой – Пур-Пэ», нефтегазоконденсатные месторождения ОАО «НГК «Славнефть», БАМ и Транссибирская магистраль, высокоскоростная железнодорожная магистраль «Москва – Казань», временные затраты и издержки можно снизить за счет проведения геодезических работ с помощью метода ВЛС [1, 9, 11, 12].

Проводится краткий экономический анализ различных методов изысканий в Катангском районе Иркутской области при строительстве системы сбора нефти (табл. 2). Данные по методу ВЛС приведены для компаний, имеющих собственные летательные средства.

Из данных табл. 2 видно, что 40 % стоимости работ при традиционном методе приходится на организацию лагеря изыскательской экспедиции и 47 % – на полевые исследования, тогда как при ВЛС данные издержки соответственно в 12 и 5 раз ниже. Причем следует особо отметить, что основные статьи расходов на организацию лагеря изыскательской экспедиции – это транспортные расходы и расходы на проживание работников. При повторных выездах к месту проведения работ или увеличении срока пребывания в «поле» эти расходы сохраняются и существенно увеличивают общие издержки при проведении изысканий.

Анализ данных табл. 2 также показал, что отношение стоимости изысканий методом ВЛС в Катангском районе Иркутской области к стоимости проведения их традиционным методом составляет 1:6,4.

Таким образом, после обработки данных, полученных методом ВЛС (ортофотопланы, цифровой рельеф местности и др.) можно выполнять камеральное размещение линейных и площадных инженерных сооружений без создания окончательных топографических планов. Разрабатывать многовариантные способы разработки месторождений, выбирая затем оптимальный в технологическом и экономическом планах, а необходимые для проектирования топографические материалы предоставить на окончательный вариант размещения объекта, что даст немалую экономию средств. Известно, что с увеличением площади изыскиваемой территории рентабельность возрастает в линейной пропорции, а поскольку нефтегазовые месторождения Восточной Сибири находятся в отдаленных малозаселенных северных районах с неразвитой инфраструктурой и с большими площадями изысканий, то ВЛС позволит существенно сэкономить материальные, трудовые ресурсы и как минимум в 6 раз сократить издержки на топографо-геодезические изыскания при сооружении объектов нефтегазодобычи.