КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-29-20224
НазваниеРазработка научно-технических основ автоматизированного мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК с применением оперативного контроля геологической среды
Руководитель Суржик Дмитрий Игоревич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" , Владимирская обл
Конкурс №90 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-608 - Инженерно-технические и информационные автоматизированные системы мониторинга биоресурсов, биосферы и технических систем
Ключевые слова ТЭК, утечки нефтепродуктов, аварийные ситуации, геодинамический мониторинг, фазометрический метод, геоэлектрика
Код ГРНТИ87.21.81
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В настоящее время на объектах топливно–энергетического комплекса (ТЭК) при осуществлении технологических процессов по хранению и переработке нефтепродуктов существует проблема, связанная с тем, что даже при соблюдении всех необходимых мер обеспечения функционирования резервуарного парка в соответствии с принятой нормативной документацией, нередко возникают непредвиденные аварийные ситуации, в ходе которых возможны утечки нефтяного сырья в прилегающую геологическую среду. При этом они могут происходить скрытно и оставаться без должного внимания в течение длительных временных интервалов, приводя к существенным потерям нефтепродуктов, критическим разрушениям технических объектов ТЭК, а также возникновению масштабных экологических аварий и катастроф. Особенно опасны ситуации, при которых углеводороды аккумулируются в геологической среде долгое время, трансформируясь в грунтовый нефтешлам и становясь постоянными источниками загрязнения попадают в грунтовые воды и речные системы, а затем в мигрирующую «линзу», которая способна к передвижению на сотни километров от очага загрязнения по водным «артериям», нанося при этом колоссальный ущерб водным ресурсам и живым организмам.
Данная проблема связана с тем, что разрабатываемые и используемые на данный момент автоматизированные системы управления технологическими процессами резервуарных парков (АСУ ТП РП) объектов ТЭК являются недостаточно эффективными на предмет обнаружения аварийных утечек нефтяного сырья и сформированного грунтового нефтешлама. Поэтому требуется их усовершенствования за счет разработки и создания новых научно–технических подходов с применения перспективных геофизических методов. Это является актуальной научно–технической задачей, решение которой позволит повысить эффективность функционирования автоматизированных систем управления объектами ТЭК и обеспечить раннюю диагностику кризисных аварийных ситуаций для предупреждения возникновения возможных техногенных и экологических катастроф.
Отличительной особенностью предлагаемых в проекте решений является метод организации автоматизированного мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК с применением оперативного контроля геологической среды на основе методов и устройств фазометрического геодинамического контроля.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За первый год реализации проекта выполнены следующие работы и получены следующие научные результаты, направленные на повышение эффективности автоматизированного мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК за счет применения оперативного контроля прилегающей геологической среды на основе методов и устройств фазометрического геодинамического контроля:
1. Разработан метод автоматического управления технологическим процессом мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК с применением оперативного контроля прилегающей геологической среды на основе фазометрических методов и устройств геодинамического контроля, позволяющий повысить чувствительность регистрации утечек и снизить время их обнаружения.
2. Разработана методология адаптированного к задачам проекта фазометрического метода геодинамического контроля, позволяющего осуществлять решение задач оценки, раннего обнаружения, локализации и прогнозирования утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду.
3. Разработан метод формирования искусственного многофазового физического поля заданной структуры на контролируемом участке приповерхностной части геологической среды объектов ТЭК, позволяющий наблюдать за разнообразными геодинамическими процессам в различных условиях измерений.
4. Разработаны методы регистрации фазовых параметров и характеристик многофазового физического поля единичным точечным полюсом-приемником и дифференциальной парой, позволяющие повысить чувствительность измерений и решать задачи пространственной локализации геодинамических процессов на контролируемой территории объектов ТЭК.
5. Обоснована эффективность применения многополюсных точечных полюсов-источников и точечных полюсов-приемников физических полей при использовании фазометрического метода геодинамического контроля, а также распределенной обработки геодинамической информации для повышения точности и чувствительности решения задач оценки, раннего обнаружения, локализации и прогнозирования утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду.
6. Разработаны эквивалентные геоэлектрические схемы замещения геологической среды при наличии и отсутствии в ней загрязнений в виде утечек нефтепродуктов, позволяющие представлять вмещающую среду дискретными резистивными или емкостными элементами.
7. Разработана структура сеточной модели контролируемого участка геологической среды, позволяющая представлять каждый элемент (модуль) сетки совокупностью единичных эквивалентных геоэлектрических схем замещения, соответствующих электрическим параметрам моделируемого объекта в выбранном масштабе.
8. Осуществлено моделирование многофазового электрического поля в приповерхностной части геологической среды и регистрации его фазовых параметров и характеристик для различных условий измерений, наглядно иллюстрирующее эффективность предлагаемого метода геодинамического контроля.
9. Разработан компенсационный метод динамического управления системами геодинамического мониторинга на основе методов и устройств фазометрического контроля для обеспечения их начальной установки и балансировки с целью повышения общей чувствительности измерений к малым геодинамическим процессам.
10. Разработан подход на основе применения параметрической аппроксимации для определения амплитудно-фазовых параметров зондирующих сигналов точечных излучающих полюсов-источников для реализации компенсационного метода динамического управления системами геодинамического мониторинга на основе методов и устройств фазометрического контроля.
Достигнутые научные результаты представлены на Международной научно-практической конференции по последним достижениям в области наук о Земле и анализу геоданных (RESEDA 2024, 20-21 июня 2024 г.). За отчетный период подготовлены 4 научные статьи: две в издании, индексируемом в Russian Science Citation Index («Контроль. Диагностика»), две в издании, индексируемом международными реферативными базами Scopus и Web of Science («E3S Web of Conferences»).
Информация в СМИ, посвященная результатам проекта, представлена на сайте ВлГУ (https://www.vlsu.ru/index.php?id=2050&L=746&tx_news_pi1%5Bnews%5D=1967&cHash=56fc4aa380469c9c7082eb6e1eb7041c) и МИ ВлГУ (https://www.mivlgu.ru/news/2024-03/nauka/pobeda-uchenykh-muromskogo-instituta-v-konkurse-grantov-rossiyskogo-nauchnogo и https://www.mivlgu.ru/science/proekty-podderzhannye-grantami).
Публикации
1. Васильев Г.С., Суржик Д.И., Кузичкин О.Р., Бакнин М.Д., Коваленко А.О. Метод калибровки систем геоэкологического мониторинга на основе геоэлектрических методов геодинамического контроля Контроль. Диагностика, Москва, Васильев Г. С., Суржик Д. И., Кузичкин О. Р., Бакнин М. Д., Коваленко А. О. Метод калибровки систем геоэкологического мониторинга на основе геоэлектрических методов геодинамического контроля // Контроль. Диагностика. - 2025. - Т. 28, № 1. - С. 56 – 61. - DOI: 10.14489/td.2025.01.pp.056-061 (год публикации - 2025)
2. Суржик Д.И., Бакнин М.Д., Кузичкин О.Р., Васильев Г.С. Application of grid models of the geological environment based on equivalent geoelectrical equivalent circuits for modeling oil product leaks at fuel and energy complex facilities E3S Web of Conferences, Surzhik D.I., Baknin M.D., Kuzichkin O.R., Vasiliev G.S. Application of grid models of the geological environment based on equivalent geoelectrical equivalent circuits for modeling oil product leaks at fuel and energy complex facilities //E3S Web of Conferences. - 2025. (год публикации - 2025)
3.
Суржик Д. И., Васильев Г. С., Кузичкин О. Р., Коваленко А. О.
Метод формирования искусственного многофазового поля заданной структуры при автоматизированном фазометрическом мониторинге утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК
Контроль. Диагностика, Москва, Метод формирования искусственного многофазового поля заданной структуры при автоматизированном фазометрическом мониторинге утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК / Д. И. Суржик, Г. С. Васильев, О. Р. Кузичкин, А. О. Коваленко // Контроль. Диагностика. – 2024. – Т. 27, № 10(316). – С. 65-70. – DOI 10.14489/td.2024.10.pp.065-070. – EDN CNXBET. (год публикации - 2024)
10.14489/td.2024.10.pp.065-070
4. Суржик Д.И., Бакнин М.Д., Кузичкин О.Р., Васильев Г.С. Method for automatic control of the technological process of monitoring oil leaks at fuel and energy complex facilities using operational control of the adjacent geological environment E3S Web of Conferences, Surzhik D.I., Baknin M.D., Kuzichkin O.R., Vasiliev G.S. Method for automatic control of the technological process of monitoring oil leaks at fuel and energy complex facilities using operational control of the adjacent geological environment //E3S Web of Conferences. - 2025. (год публикации - 2025)
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За второй год реализации проекта выполнены следующие работы и получены следующие научные результаты, направленные на повышение эффективности автоматизированного мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК за счет применения оперативного контроля прилегающей геологической среды на основе методов и устройств фазометрического геодинамического контроля:
1. Разработан метод приема и первичного преобразования измерительных сигналов, регистрируемых точечными полюсами-приемниками физического поля систем геодинамического мониторинга на основе методов и устройств фазометрического контроля, позволяющий в масштабе реального времени получать оценку фазовых параметров и характеристик многофазового физического поля на контролируемом участке геологической среды.
2. Проведено моделирование во временной и частотной области этапов приема и первичного преобразования измерительных сигналов, регистрируемых точечными полюсами-приемниками физического поля систем геодинамического мониторинга на основе методов и устройств фазометрического контроля.
3. Осуществлено применение метода разностной функции для анализа нестационарных фазовых переходных процессов в трактах приема и первичного преобразования измерительных сигналов систем геодинамического мониторинга на основе методов и устройств фазометрического контроля, описываемых передаточными характеристиками на основе дифференциальных уравнений первого и второго порядка.
4. Разработан метод автоматической компенсации трендовых составляющих фазовых изображений в трактах приема и первичного преобразования измерительных сигналов систем геодинамического мониторинга на основе методов и устройств фазометрического контроля, отличающийся подстройкой фазы опорного колебания для фазового детектирования в автоматическом режиме в масштабе реального времени.
5. Разработана частотно-фазовая модификация фазометрического метода геодинамического контроля, направленная на обнаружение начальной стадии возникновения утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду.
6. Разработан метод обнаружения утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду, позволяющий адаптивно осуществлять регулировку его чувствительности в зависимости от статистических характеристик регистрируемых фазовых параметров и характеристик многофазового физического поля.
7. Осуществлено функциональное моделирование работы обнаружителя утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду.
8. Разработан метод и алгоритм локализации утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду, позволяющие определять их пространственное положение в условиях сложной технической застройки объектов ТЭК.
9. Разработан метод прогнозирования развития утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду, позволяющий применять эффективные управленческие решения с учетом результата прогнозирования.
10. Осуществлена практическая реализации экспериментального образца системы автоматизированного геодинамического мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду.
11. Проведены лабораторные и натурные испытания разрабатываемой системы автоматизированного геодинамического мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК в прилегающую геологическую среду.
Достигнутые научные результаты представлены на Международной научно-практической конференции по строительству и инженерной геологии (ICBERG 2025, 3-4 июня 2025 г.); Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (ИТНОП-2025) (Белгород, РФ, 5 - 6 июня 2025 г.) и XVII Всероссийской межвузовской научной конференции «Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России» в рамках Всероссийских научных Зворыкинских чтений (Муром, РФ, 31 января 2025 г.).
За отчетный период подготовлено 6 научных статей: три в изданиях, индексируемых в Russian Science Citation Index («Контроль. Диагностика», «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика», «Датчики и системы»), две в издании, индексируемом международными реферативными базами Scopus и Web of Science («E3S Web of Conferences»), одна в издании, индексируемом в РИНЦ.
Публикации
1. Суржик Д.И., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Бакнин М.Д. Frequency-phase modification of the phase-metric control method for early detection of oil product leaks in the geological environment E3S Web of Conferences, Surzhik D.I., Kovalenko A.O., Kuzichkin O.R., Baknin M.D. Frequency-phase modification of the phase-metric control method for early detection of oil product leaks in the geological environment / D.I. Surzhik, A.O. Kovalenko, O.R. Kuzichkin, M.D. Baknin // E3S Web of Conferences. - 2026. (год публикации - 2026)
2. Суржик Д.И. Моделирование фазовых переходных процессов в системах геодинамического мониторинга на основе метода разностной функции Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России, Муром, Суржик, Д.И. Моделирование фазовых переходных процессов в системах геодинамического мониторинга на основе метода разностной функции / Д.И. Суржик // Наука и образование в развитии промышленной, социальной и экономической сфер регионов России: сборник тезисов докладов всерос. межвуз. науч. конф., Муром, 31 янв. 2025 г. / Муромский ин-т Владимирского гос. ун-та им. А.Г. и Н.Г. Столетовых; ред. кол: А.Л. Жизняков [и др.]. – Муром, 2025. – С. 325-326. – (XVII Всероссийские научные Зворыкинские чтения). (год публикации - 2025)
3. Бакнин М.Д., Васильев Г.С., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Суржик Д.И. Тестовые характеристики фазометрической системы автоматизированного геодинамического мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК Информационные технологии в науке, образовании и производстве, Белгород, Бакнин М.Д., Васильев Г.С., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Суржик Д.И. Тестовые характеристики фазометрической системы автоматизированного геодинамического мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК / М.Д. Бакнин, Г.С. Васильев, А.О. Коваленко, О.Р. Кузичкин, Д.И. Суржик // Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП-2025): сборник статей X междунар. науч.-техн. конф., Белгород, 5 - 6 июня 2025 г. / НИУ «БелГУ». – Белгород, 2025. – С. 233-236. (год публикации - 2025)
4.
Суржик Д.И., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Васильев Г.С.
Частотно-фазовый метод мониторинга утечек нефтепродуктов в прилегающую к объектам ТЭК геологическую среду
Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, Москва, Суржик Д.И., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Васильев Г.С. Частотно-фазовый метод мониторинга утечек нефтепродуктов в прилегающую к объектам ТЭК геологическую среду / Д.И. Суржик, А.О. Коваленко, О.Р. Кузичкин, Г.С. Васильев // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2025. - №9. - С. 10-16. (год публикации - 2025)
10.25791/pribor.9.2025.1611
5.
Суржик Д.И., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Бакнин М.Д.
Применение программной фильтрации опорных сигналов для повышения чувствительности автоматизированного геодинамического мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК
Контроль. Диагностика, Москва, Суржик Д.И., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Бакнин М.Д. Применение программной фильтрации опорных сигналов для повышения чувствительности автоматизированного геодинамического мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК / Д.И. Суржик, А.О. Коваленко, О.Р. Кузичкин, М.Д. Бакнин // Контроль. Диагностика. - 2026. - том 29. - № 1. - С. 34-41 (год публикации - 2026)
DOI: 10.14489/td.2026.01.pp.034-041
6.
Васильев Г.С., Суржик Д.И., Кузичкин О.Р., Бакнин М.Д., Коваленко А.О.
Способ калибровки систем геоэлектрического мониторинга геодинамических процессов
Датчики и системы, Москва, Способ калибровки систем геоэлектрического мониторинга геодинамических процессов / Г. С. Васильев, Д. И. Суржик, О. Р. Кузичкин [и др.] // Датчики и системы. – 2024. – № 6(278). – С. 34-38. – DOI 10.24412/1992-7185-2024-6-34-38. (год публикации - 2024)
10.24412/1992-7185-2024-6-34-38
7. Суржик Д.И., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Бакнин М.Д. Method and algorithm for spatial localization of oil product leaks into the adjacent geological environment of fuel and energy complex facilities with complex technical development E3S Web of Conferences, Surzhik D.I., Kovalenko A.O., Kuzichkin O.R., Baknin M.D. Method and algorithm for spatial localization of oil product leaks into the adjacent geological environment of fuel and energy complex facilities with complex technical development / D.I. Surzhik, A.O. Kovalenko, O.R. Kuzichkin, M.D. Baknin // E3S Web of Conferences. - 2026. (год публикации - 2026)
Возможность практического использования результатов
Разработанные в рамках проекта методы и технологии автоматизированного геодинамического мониторинга утечек нефтепродуктов на объектах ТЭК имеют высокий потенциал практического применения. Результаты проекта могут быть использованы для:
- Повышения экологической безопасности предприятий ТЭК за счёт раннего обнаружения утечек, минимизации негативного воздействия на окружающую среду и предотвращения масштабных загрязнений.
- Снижения экономических потерь за счёт оперативного выявления и локализации утечек, что позволяет сократить потери нефтепродуктов и снизить затраты на ликвидацию последствий аварий.
- Внедрения в автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) объектов ТЭК, что повысит надёжность и эффективность их функционирования.
- Создания новых отечественных технологий и систем геодинамического мониторинга, что соответствует политике импортозамещения и развития отечественной научно-технической базы.