Разработка проектов ТОО «Казахский институт транспорта нефти и газа» с применением программного комплекса Geo.Series

Игорь Мамин

Выбор САПР для проектирования трубопроводов

О программном комплексе Geo.Series

Процесс внедрения программного комплекса Geo.Series

Адаптация Geo.Series под производственные задачи ТОО «КИТНГ»

Проект, выполненный с помощью Geo.Series

Подводя итог, можно сказать, что…

ТОО «Казахский институт транспорта нефти и газа» (ТОО «КИТНГ») является правопреемником Государственного института по проектированию объектов газовой отрасли «Казгипрогаз», созданного согласно Постановлению Совета министров КазССР № 49 от 05.02.1973 года.

Сегодня ТОО «Казахский институт транспорта нефти и газа» — это современная проектно-инженерная компания, оснащенная высокотехнологичным программным обеспечением и современной системой коммуникаций, которая выполняет полный комплекс работ и услуг по проектированию сооружений магистрального транспорта нефти и газа, а также других объектов нефтегазовой отрасли, включая их реконструкцию и капитальный ремонт.

В последнее десятилетие в Республике Казахстан наблюдается активное развитие нефтегазового сектора. Республика обладает значительными разведанными запасами нефти и газа промышленных категорий, а также перспективными и прогнозными ресурсами, позволяющими Казахстану позиционировать себя на евразийском пространстве в качестве крупного экспортера углеводородного сырья. Увеличение объемов добычи углеводородов неизбежно привело к необходимости расширения транспортной инфраструктуры внутри страны, а также к реализации ряда проектов, призванных обеспечить бесперебойную транспортировку нефти и газа в соседние государства.

В 2007-2009 годах, участвуя в крупных международных проектах «Строительство газопровода Казахстан-Китай» и «Строительство нефтепровода Казахстан-Китай» (рис. 1), компания ТОО «Казахский институт транспорта нефти и газа» приобрела опыт реализации крупных проектов для нефтегазовой отрасли и оценила трудоемкость их выполнения.

Рис. 1. Международные проекты ТОО «Казахский институт транспорта нефти и газа»

В результате перед руководством компании встал вопрос о значительном сокращении сроков разработки проектов для нефтегазового комплекса, т. е. вопрос об автоматизации процесса проектирования на основе современных информационных технологий.

Выбор САПР для проектирования трубопроводов

Сотрудники ТОО «КИТНГ», перед которыми руководством компании была поставлена задача внедрения в проектное производство современных информационных технологий и средств автоматизации, провели анализ работы изыскательского и технологического отделов института и получили общее представление о текущем состоянии дел. В каждом отделе были выделены один-два специалиста, которые вошли в тестовую группу и принимали активное участие в решении вопросов, возникавших на разных стадиях процесса автоматизации. Результаты этого исследования помогли оценить степень информированности специалистов института о наличии на рынке САПР программ по данному направлению проектирования, а также уровень заинтересованности сотрудников в автоматизации и квалификацию проектировщиков в области САПР.

Затем был проведен тщательный анализ рынка специализированного программного обеспечения. Основные критерии, которыми руководствовались сотрудники ТОО «КИТНГ» при выборе САПР, были сформулированы следующим образом:

• автоматизация процесса проектирования должна привести к значительному сокращению времени выполнения проектных работ;
• качество выполнения проектов должно остаться на том высоком уровне, который уже давно стал визитной карточкой ТОО «КИТНГ»;
• программное обеспечение должно включать как российские, так и международные стандарты проектирования.

К началу 2007 года все стадии подготовительного этапа были пройдены, и в институте приняли решение остановить свой выбор на программном комплексе Geo.Series — разработке ЗАО «Компания ПОИНТ» (рис. 2).

Рис. 2. Участок газопровода Казахстан — Китай в интерфейсе Geo.Series

О программном комплексе Geo.Series

В пользу данного программного продукта говорили не только его функциональность и логически выверенная модульная структура, но и готовность разработчиков ЗАО «Компания ПОИНТ» вести со специалистами ТОО «КИТНГ» конструктивный диалог по возможной доработке комплекса, необходимость в которой могла возникнуть из-за специфики работы компании. А модульная структура программного комплекса, в основе которого лежит технология сквозного проектирования, позволяла оборудовать рабочее место каждого пользователя индивидуальным набором функций, необходимым для решения задач, ежедневно встающих именно перед этим специалистом.

Программный комплекс Geo.Series — это профессиональная система для проектирования, оценки качества строительства и безопасной эксплуатации магистральных и промысловых нефтегазопроводов, которая включает следующие приложения:

• Geo.DTM — создание цифровых моделей рельефа по результатам инженерно-геодезических изысканий;
• Geo.Profile — создание трасс, продольных и поперечных профилей, профилей переходов через препятствия;
• Geo.Hydrology — расчет гидрологических характеристик в зоне подводных переходов трубопроводов;
• Geo.DrivenWell — ведение базы данных по геологическим скважинам;
• Geo.Section — построение геологических разрезов по данным геологических и гидрологических изысканий;
• Geo.PipeLine — проектирование магистральных и промысловых нефтегазопроводов, -нефтепродуктопроводов, трубопроводов сетей газоснабжения и транспортировки пластовых вод;
• Geo.DigCalc — расчет объемов земляных работ при планировке рельефа и рытье траншей в полосе строительства подземных трубопроводов;
• Geo.CPipeLight 1.0 — расчет напряженно­деформированного состояния подземных трубопроводов;
• Geo.Road — проектирование автодорог нефтегазовых промыслов.

Презентация Geo.Series, проведенная представителями ЗАО «Компания ПОИНТ» на ежегодной Казахстанской международной выставке KIOGE, стала той точкой отсчета, с которой началось сотрудничество двух компаний.

В первую очередь с возможностями программного комплекса подробно и тщательно ознакомились сотрудники отдела линейного проектирования. Для решения их задач были предложены модули GeoPipeLine, Geo.DigCalc и Geo.CPipeLight 1.0.

Сотрудники ТОО «КИТНГ» заинтересовались следующими возможностями вышеназванных проектных модулей:

• расчет трубопровода на прочность и устойчивость согласно разделу 8 СНиП 2.05.06-85* и СП 34-116-97 с выбором толщины стенки трубы и радиуса кривой упругого изгиба;
• построение проектного профиля путем создания насыпей, засыпок и срезок крутых склонов продольного профиля, на которых превышен максимально допустимый продольный и поперечный уклоны рельефа;
• автоматическое формирование переходов через железные и автомобильные дороги с учетом категории дорог, способа прокладки трубопровода, направления и величины уклона защитного футляра;
• автоматическое формирование переходов через подземные трубопроводные сети (нефтегазопроводы, нефтепродуктопроводы, трубопроводы различного назначения), а также через подземные кабельные сети (силовые электрокабели, кабели связи, сигнализации, электрохимзащиты и др.) с учетом способа прокладки трубопровода (открытым методом, методом прокола или продавливания и методом горизонтального бурения), направления и величины уклона защитного футляра, длины прямых участков трубопровода за футляром и других условий;
• автоматическое формирование переходов через естественные водные препятствия: реки, ручьи и протоки по СП 108-34-96 «Сооружение подводных переходов» с учетом способа прокладки (непосредственно по дну, в подводной траншее или методом наклонно-направленного бурения), способа балластировки трубопровода и типа утяжелителей, а также с учетом данных по гидрологическим изысканиям: глубине размыва дна, горизонту воды на дату измерения (ГВ), среднему меженному горизонту воды (СМГВ), а также горизонтов высоких вод (ГВВ) 1, 2, 5 и 10%-ной обес-печенности;
• автоматическое построение трубопровода на профиле с учетом всех типов переходов через искусственные и естественные препятствия. Построение для магистральных трубопроводов в точках поворота трубопровода на плане и профиле кривых упругого изгиба и гнутых отводов с контролем минимально допустимых прямых участков между кривыми. Параметры кривых упругого изгиба рассчитываются из условий прочности, устойчивости и жесткости трубопровода. Параметры геометрии гнутых отводов рассчитываются в зависимости от используемых труб и характеристик трубогибочных устройств;
• расчет балластировки трубопровода на обводненных участках с выбором типа утяжелителей по СП 107-34-97 «Балластировка, обеспечение устойчивости положения газопроводов на проектных отметках» и ВСН 39-1.9-003-98 «Конструкции и способы балластировки и закрепления подземных газопроводов»;
• автоматическое формирование спецификации с подсчетом общей длины проектируемого трубопровода или по отдельным участкам с учетом категории трубопровода, количества и типов горизонтальных и вертикальных гнутых отводов, количества и длин защитных кожухов, а также количества и типов утяжелителей, используемых для балластировки трубопровода;
• расчет объемов земляных работ, связанных с планировкой рельефа и разработкой траншеи.

Процесс внедрения программного комплекса Geo.Series

После проведения ряда презентаций и обсуждения условий обучения и выполнения пилотного проекта по данным, предоставленным ТОО «КИТНГ», с поставщиком был заключен договор на опытную двухмесячную эксплуатацию ПК Geo.Series.

По результатам этих двух месяцев работы были подведены итоги. Каждый участник пилотного проекта дал свою оценку функциональных возможностей программного продукта. От каждого отдела были получены вопросы и пожелания к разработчикам программного средства. Кроме того, за время опытной эксплуатации была отработана система взаимодействия между специалистами изыскательского и проектного отделов. Внедрение программного обеспечения всегда сопровождается формированием новых связей между отделами, и на этапе опытной эксплуатации совместными усилиями сотрудниками ТОО «КИТНГ» и ЗАО «Компания ПОИНТ» эта задача была успешно решена.

Письменное заключение об итогах опытной эксплуатации ПК Geo.Series на территории ТОО «КИТНГ» стало тем документом, на основании которого сотрудничающие компании продолжили свою работу.

Адаптация Geo.Series под производственные задачи ТОО «КИТНГ»

Перспективы развития Казахского института транспорта нефти и газа, нацеленность организации на международные проекты требовали программного обеспечения для выполнения проектных работ с учетом международных норм и стандартов. Однако на тот момент система автоматизированного проектирования Geo.Series была ориентирована исключительно на внутренние российские стандарты. Это касалось и проводимых расчетов, и информации, введенной в базу данных по деталям трубопроводов, и оформления чертежей.

Специалистами ТОО «КИTНГ» было составлено тщательно продуманное техническое задание на доработку программного комплекса. Это было необходимо для того, чтобы ПО Geo.Series максимально соответствовало запросам и ожиданиям пользователей и могло быть принято в ТОО «КИТНГ» как основное программное средство для проектирования линейной части магистральных и промысловых нефтегазопроводов.

Согласно этому техническому заданию разработчики ЗАО «Компания ПОИНТ» внесли в программный комплекс следующие изменения:

• весь комплект рабочей документации стал выпускаться как на русском, так и на английском языках; базы данных были дополнены номенклатурой дюймовых труб;
• проектный модуль был дополнен функционалом для работы с симметричными отводами по API 5L;
• был разработан и оттестирован алгоритм, позволяющий проектировать дюймовые трубопроводы с размещением в точках поворота несимметричных отводов холодного и горячего гнутья.

Проект, выполненный с помощью Geo.Series

Одним из проектов, которые были полностью разработаны ТОО «КИТНГ» с применением программного комплекса Geo.Series, стал проект газопровода Казахстан-Китай. Проектирование осуществлялось в соответствии с действующими нормативными документами Республики Казахстан, а также международными стандартами.

Газопровод Казахстан-Китай берет свое начало на узбекско-казахстанской границе, 1303,5 км газопровода проходит по территории Республики Казахстан через четыре области (Южно­Казахстанскую, Жамбылскую, Кызылординскую и Алматинскую), далее 4,5 км — по территории Китая и заканчивается на коммерческом узле учета газа в районе города Хоргос (Китай).

Газопровод Казахстан-Китай представляет собой систему, состоящую из двух параллельных трубопроводов диаметром 42 дюйма (1067 мм) и протяженностью 1308,0 км и семи сопряженных с УППСОД компрессорных станций, а также двух дополнительных УППСОД на линейной части.

При работе над проектом газопровода Казахстан-Китай сотрудниками ТОО «КИТНГ» было решено немало сложных инженерных задач. По трассе трубопровода были пройдены участки с резким перепадом рельефа и сложными инженерно­геологическими условиями (скальные грунты, сейсмическая активность, барханные пески). Газопровод в таких условиях прокладывается строго по проекту. Следовательно, при разработке проекта было необходимо тщательно рассмотреть весь ряд решений для прохождения сложных участков и выбрать из них оптимальное. Кроме того, для выбранного проектного решения требовалось провести оценку допустимости напряжений и перемещений, возникающих в трубопроводе как при рабочем давлении, так и при давлении испытаний (рис. 3).

Рис. 3. Расчет напряженно-деформированного состояния трубопровода

По результатам комплексных инженерных изысканий в районах прохождения трассы газопровода разработчиками проекта были приняты следующие технические решения:

• переход магистрального газопровода через Кызылкумский канал. Магистральный Кызылкумский канал имеет большое значение в сельском хозяйстве южного региона Казахстана. Ширина канала сравнительно невелика, русло его полностью зарегулировано. Инженерами ТОО «КИТНГ» было принято решение о надземном варианте перехода канала, как наиболее экологически безопасном и экономичном в данном случае.При надземном монтаже газопровода не нарушается русло канала, а при эксплуатации газопровода такой тип перехода удобен для визуального контроля;
• переход магистрального газопровода через реку Сырдарья. Это вторая по величине после Амударьи река Средней Азии. Она имеет важнейшее значение для сельского хозяйства. В связи с этим инженерами ТОО «КИТНГ» было принято решение о прохождении газопровода через реку методом наклонно-направленного бурения.

Основные преимущества этого метода: надежность газопровода, защита от любых механических повреждений; экологическая безопасность, не нарушается естественный режим водной преграды; экономичность (не требуются дноуглубительные, подводные, технические, водолазные и берегоукрепительные работы); не нужна балластировка газопровода.

Кроме того, трасса трубопровода пересекла сельскохозяйственные угодья с сильно развитой ирригационной системой, 67 железных и автомобильных дорог (рис. 4), 180 трубопроводов, кабелей связи, 150 каналов и т.д.

Рис. 4. Пример перехода через дорогу

По солончакам и барханным пескам пустыни Кызылкум было запроектировано 114 км газопровода.

При прохождении трассы газопровода через активные тектонические разломы и районы с повышенной сейсмической активностью инженерами ТОО «КИТНГ» были предусмотрены следующие мероприятия, позволяющие повысить надежность и безопасность газопровода:

• установка сейсмодатчиков и включение их в систему средств автоматизации;
• подсыпка и присыпка траншеи с уплотнением привозным крупнозернистым песком.

Особое внимание уделялось переходу через крутые перевалы Машат, Шакпак, Куюк. Общий перепад высот по трассе газопровода достигал 900 м, крутизна отдельных склонов — 35°.

Подробнее можно рассмотреть работу с участком трубопровода, который проходит через Кызылординскую область. Область расположена к востоку от Аральского моря в нижнем течении реки Сырдарьи, в основном в пределах Туранской низменности. По левобережью Сырдарьи — обширные пространства бугристо-грядовых песков, прорезаемые сухими руслами Жанадарьи и Куандарьи; по правобережью встречаются возвышенности, участки песков, неглубокие котловины, занятые солончаками. На севере — массивы бугристых песков. На крайнем юго-востоке в пределы Кызылординской области заходят северо-западные отроги хребта Каратау.

Один из самых протяженных участков газопровода Казахстан-Китай, при проектировании которого учитывалась сейсмичность, проходит по территории Кызылординской области.

В функционал Geo.Series включен расчет толщины стенки трубопровода с учетом сейсмичности (СНиП 2.05.06-85). Кроме того, использование этого программного обеспечения ускорило процесс принятия решений по каждому участку, требующему тщательной проработки. При изменении проектного положения трубы на профиле сразу пересчитывались объемы земляных работ, связанные с вертикальной планировкой и разработкой траншеи (рис. 5).

Рис. 5. Задание параметров участка траншеи

Строительство газопровода в горных условиях практически всегда связано с взрывными и буровыми работами, а увеличение объема выемки грунта, особенно скального, крайне нежелательно. Геологическая модель, построенная по трассе трубопровода в ПК Geo.Series, позволила проектировщику оценить объемы разработки скальных и дисперсных грунтов по каждому проектному решению. Более того, по каждому участку, на котором трубопровод проходил в скальных породах, были рассчитаны объемы подсыпки и присыпки мягким грунтом. Опираясь на эти цифры, а также принимая во внимание количество отводов горячего и холодного гнутья, которое выведено в спецификацию, проектировщик делал выбор в пользу того или иного варианта прохождения сложного участка.

При проработке трассы трубопровода на участках сельскохозяйственных угодий проектировщикам пригодилась ведомость учета объемов технической рекультивации, формируемая программой Geo.Series автоматически (рис. 6).

Рис. 6. Формирование ведомости объемов земляных работ

Как уже было указано, переход через реку Сырдарья был выполнен подземным способом с применением метода наклонно-направленного бурения. Схема перехода через Сырдарью методом ННБ тоже была выполнена с применением функционала Geo.Series.

Для прохождения водного объекта методом наклонно-направленного бурения (рис. 7) проектировщику требовалось в диалоговом окне ввести угол входа и угол выхода скважины (обычно 8°-12°), задать значение радиуса кривой упругого изгиба трубопровода, который принимается равным 1200-1600 Dн, определить глубину прохождения трубопровода относительно дна реки и протяженность прямолинейного горизонтального участка (не менее 30 Dн).

Рис. 7. Пример использования метода наклонно-направленного бурения

Подводя итог, можно сказать, что…

В последние годы ТОО «Казахский институт транспорта нефти и газа» активно инвестирует средства в развитие технического и программного оснащения. Именно этот путь, выбранный руководством компании, позволил КИТНГ резко повысить скорость выполнения проектных и изыскательских работ, оставаясь на привычно высоком уровне качества, полностью удовлетворить интересы и потребности заказчиков, а следовательно, увеличить прибыль и конкурентоспособность предприятия.

Приобретение и внедрение программного комплекса Geo.Series осуществлялось в рамках этой стратегии. Оценка эффективности новой технологии на примере работы над проектом газопровода Казахстан-Китай показала значительное уменьшение трудозатрат проектировщиков, сокращение времени на выполнение проекта, уменьшение количества рутинных ошибок и, как следствие, отсутствие многочисленных исправлений.

Руководство ТОО «Казахский институт транспорта нефти и газа» рассматривает дальнейшее сотрудничество с ЗАО «Компания ПОИНТ» как весьма перспективное. Программный комплекс Geo.Series продолжает развиваться, и его функционал постоянно пополняется инструментарием для решения более широкого круга проектных задач. Кроме того, на данный момент ведутся работы по переводу программного обеспечения Geo.Series на новую платформу — AutoCAD Civil 3D 2010/2011. Этот путь развития программного комплекса нам представляется совершенно правильным. В частности, новая платформа позволит значительно расширить список форматов исходных данных, которые можно будет использовать для создания геодезической и геологической моделей в Geo.Series.

САПР и графика 8`2010