Журнал «Профессиональный Геодезист» - июнь, 2011 г.  
Сеть RTN в Пенсильвании играет ключевую роль в бурении скважин для добычи природного газа в районе формаций черного сланца - Марцеллус. 
Автор – Джон Стенмарк, LS 
С тех пор как в 1859 году была пробурена первая нефтяная скважина Америки в северо-западной Пенсильвании, геологи следили за нефтяными запасами района. Нефтяной бум Пенсильвании продолжался в течение многих десятилетий; штат производил половину мировой нефти, пока не начался Техасский бум 1901 года. В то время как большая часть добычи нефти в стране сейчас происходит в других регионах, штат Пенсильвания снова выходит на ведущие места по производству энергии, включая природный газ. 
Геологическая формация, известная как сланцевое месторождение Марцеллус простирается в северном регионе Аппалачей в США. Сланец, который находится под большей частью Пенсильвании и распространяется на Западную Виржинию, Огайо и Нью-Йорк, богат природным газом. Но есть проблема: ценный газ заперт под густой плотной горной породой Марцеллус, которая не дает ему подниматься к поверхности или к другим, менее плотным формациям. В результате газ не получается добывать с использованием стандартных процессов бурения.     
 
Фото: Тед Свестин проводит съёмку на месте газового трубопровода на месторождении Марцеллус  – фото предоставлено Dra-Surv Inc 
 
В течение последнего десятилетия, производственные компании разработали новые технологии для добычи газа. Они используют горизонтальное бурение и гидроразрыв пласта для создания небольших трещин в сланцах, которые позволяют собирать газ и выкачивать его на поверхность. Использование гидроразрыва привело к некоторым экологическим проблемам, и проектировщики работают над тем, чтобы газ добывался безопасно и с минимальным воздействием на окружающую среду. 
В результате новых методов, количество сланцевого газа в Марцеллус значительно возросло. В 2002 году Геологическая служба США оценила, что в формации содержится  54 км3 извлекаемого газа. В 2009 году Министерство энергетики США увеличило оценку до 7400 км3добываемого газа, на основе использования новых технологий. Этого газа достаточно, чтобы удовлетворять коммунальные потребности США в течение более 50 лет, и некоторые независимые оценки показывают еще большие значения. Такое количество делает Пенсильванию крупным игроком в газовом бизнесе. Считаясь самым чистым из ископаемых видов топлива, обильные поставки природного газа будут способствовать использованию экологически чистых и недорогих источников энергии.  
Газ в Марцеллус породил бум разработки и производства в северных Аппалачах. Добыча газа и его поставка на рынок включает в себя целый ряд мероприятий, таких как сейсморазведка, планировка территории, строительство, производство и техническое обслуживание. В условиях быстрого развития во всем регионе, десятки проектов в настоящее время проводятся на территории Пенсильвании. Все мероприятия проходят в рамках государственных и федеральных программ контроля влияния на окружающую среду и здоровье. Разработчики соблюдают положения этих программ, многие из которых требуют точного позиционирования и подробной географической информации.  
Для удовлетворения этих нужд, геодезисты в Пенсильвании используют оборудование для позиционирования, анализа и управления данными. Как и в других местах добычи газа в США, многие геодезисты в Марцеллус используют GNSS и RTK технологии  (работа в реальном времени). С десятками операций, распространяющихся на сотни миль, Марцеллус является идеальным местом для использования сети GNSS-базовых станций, работающих в режиме  реального времени (RTN).  
В Пенсильвании KeyNetGPS обеспечивает услуги коррекции RTK GNSS с помощью технологии Trimble VRS. Доступ к сети осуществляется по подписке. За установленную ежемесячную или ежегодную плату для каждого ровера, абоненты имеют неограниченный доступ к сетевым службам коррекции RTK.KeyNetGPS обслуживает более 500 абонентов в нескольких штатах региона. Обычно ежедневно, по меньшей мере, 200 различных пользователей подключаются к сети, одновременно работают от 30 до 75 пользователей.  
 
Фото: До закапывания траншеи геодезисты HMM (слева направо) Чад Куроски (реечник) и Том Джонсон (оператор), а также Роб Олаф (младший руководитель) снимают расположение стыка на трубе. За счет беспроводного соединения между GNSS-приёмником и контроллером не требуется наличия множества кабелей, и работа проходит более удобно – фото предоставлено Hatch Matt McDonald


Разрешения и планы 
Ранние стадии разработки газовых скважин включают анализ и получение разрешений на подготовку площадок для строительства. Инженеры Pittsburgh’s Gateway Inc оказывают помощь, начиная с первых этапов проекта. Среди их клиентов – производственные и строительные компании, которые добывают газ и поставляют его в трубопроводы. После встречи на месте со своими клиентами и землевладельцами на ранних стадиях процесса сбора координатных данных для предварительного анализа, персонал Gateway разрабатывает чертеж, отображающий участок земли и окрестности с топографическими особенностями. Эта информация помогает клиенту принять важные решения, например, разрешать ли проведение следующего этапа.  
Компания Gateway продолжает принимать участие в проекте на этапе выдачи разрешений и планирования строительства, обеспечивая проектирование и предоставление консультаций по площадкам, подъездным путям, водохранилищам и местам проведения съёмок. Предварительные полевые работы включает в себя маркировку границ очистки местности и борьбы с эрозией.  
Площадки под скважин для проведения буровых работ могут иметь размеры до 90 на 150 метров. Холмистая местность Западной Пенсильвании вносит трудности в процесс выравнивания площадок, дорог и управления водными ресурсами. 
«Некоторые из наших новых клиентов – из другого государства, и они никогда не имели дела с такой топографией, как у нас здесь – говорит управляющий полевыми работами Gateway Том Тернер. – Они не привыкли заниматься выравниванием, а также контролировать эрозию и оседание, которые являются обычными в этом регионе. Мы помогаем им и обучаем их».

Фото: Для проведения буровых работ площадки для скважин могут иметь размеры до 90 на 150 метров. Холмистая местность Западной Пенсильвании вносит трудности в процесс выравнивания площадок, дорог и управления водными ресурсами – фото предоставлено Dra-Surv Inc
Для выполнения полевых работ Gateway использует GPS/ГЛОНАСС-приемникиTrimble R8 и тахеометры S6 с контроллерами TSC2 с программным обеспечениемAccess. Основная часть GNSS-измерений производится в режиме VRS RTK с использованием подписки к сети KeyNetGPS. Разрешающие положения Пенсильвании требуют наличия координат положения скважин, которые будут приведены в системе координат штата (SPC). Так как KeyNetGPS привязана к геодезической сети, геодезисты могут использовать общепринятые полевые методики для работы непосредственно в системе SPC. В районах с густой растительностью, геодезисты Gateway применяют оптические тахеометры, привязанные к контрольным точкам, определенным с помощью спутникового оборудования. Как только площадка очищена под строительство, они могут возобновить работу с использованием RTK GNSS.  
За счет изменения положений природоохранного законодательства, в том числе тех, которые касаются гидроразрыва, меняется процесс выдачи разрешений и утверждения новых скважин. В Кармайклс, штат Пенсильвания, Dra-Surv Incпредоставляет широкий спектр услуг в области выдачи разрешений для своих клиентов. «Все разрешения должны иметь точную информацию о месте до и после проведения работ; планы должны быть разработаны от начала до конца, в том числе описывая ситуацию после строительства – говорит вице-президент Dra-Surv Билл Миллер. – В результате, нам пришлось стать более точными во всех аспектах нашего бизнеса». Dra-Surv определяет влияние месторождения Марцеллус на экономику штата Пенсильвания; компания увеличилась более чем вдвое с 2008 года, и ожидается дальнейший рост, так как разработка Марцелус продолжается. 
В начале работ на скважине, руководитель проекта Dra-Surv Брайан Коул устанавливает контроль с использованием статических GPS/ГЛОНАСС-измерений, используя Интернет-сервис пользователей Национальной геодезической службы (Online Positioning User Service (OPUS)) для постобработки. Полевые работы Dra-Surv проводятся с помощьюTrimble R8 GNSS и GPS-приемника Trimble R6. Большая часть мест под скважины была расчищена для проведения работ специалистами Dra-Surv, поэтому они используют режим съёмки RTK практически во всех своих измерениях. Хотя основная часть их работы – это разметка на местности под строительство объектов, Dra-Surv также проводит изыскания и измерения мест для скважин и водохранилищ, а также зон эрозии, контроля отложений и ливневых вод.  
В дополнение к GPS и GNSS системам для проведения съёмки и составления карт, все более традиционным становится трехмерное автоматическое управление строительной техников (3D machine control) при выравнивании и строительстве. Эти методы обычно требуют меньше строительных изысканий. «Мы установили контрольные точки для подрядчиков, которые используют системы трехмерного управления техникой, - говорит Коул. – Мы дополняем данные OPUS базовыми точками и проводим двойные проверки по существующим высотным опорным пунктам в этом районе».   
 
Поставка газа на рынок
 Фото: Горизонтальное бурение и гидроразрыв упростили добычу газа в регионе – фото предоставленоDra-Surv Inc
 
Новые скважины в Марцеллус представляют лишь часть усилий. Для подключения к скважинам необходимы сотни километров подземных трубопроводов. Системы сбора принимают газ из устья скважины и доставляют его в транспортировочные трубопроводы. Такие трубопроводы подсоединяются к большим наземным магистралям, по которым газ передается на основные рынки, на расстояния в сотни километров. В юго-восточном графстве Green CountyПенсильвании, Гэри Куроски, является руководителем изысканий и координатором инженерно-консалтинговой фирмы Hatch Mott McDonald (HMM). Большая часть работы Куроски состоит в проведении съёмок для строительства газопроводов.  
Для обеспечения контроля, Куроски устанавливает точки в рабочих зонах вдоль трассы трубопровода. Некоторые из его клиентов просят, чтобы контроль устанавливался с помощью статических методов GNSS; для этих клиентов геодезисты HMM проводят двухчасовые сеансы съёмок и последующую обработку с помощью OPUS. Для других он использует сеть базовых станций KeyNetGPS и RTK. В некоторых случаях, Куроски привязывается к контрольным точкам, установленными другими компаниями, проверяя их в сети реального времени. 
«Я всегда провожу контроль с помощью наиболее точных, эффективных методов, убедившись, что мы соблюдаем стандарты по точности каждого проекта, - говорит он. – Мы проводим два трехминутных наблюдения в каждой точке с VRS и проводим повторную инициализацию между наблюдениями. По сравнению со статическими наблюдениями, работа с KeyNetGPS экономит нам примерно четыре часа времени полевых работ и обработки для каждой контрольной точки, которую мы устанавливаем или проверяем».
 
 

Фото: Джек Ференси, главный инженер DRA-SURFInc, инструктирует, как правильно спроектировать площадку для скважины в формации Марцеллус – фото предоставлено Dra-Surv Inc 
 Проводя контроль на месте, полевые бригады HMM обеспечивают съёмки для проектирования и строительства. Новые трубопроводы не всегда являются единственными коммуникациями в данном месте работ, иногда маршруты уже заняты или пересекаются существующими газопроводами. Так как столкновение с существующей магистралью может быть катастрофическим, геодезисты определяют местоположения существующих труб с максимально возможной точностью, таким образом, строительные бригады знают, что находится под ними в земле.  
Ключевые этапы включают сварку секций труб и их опускание в траншею. Работая с высокой точностью, геодезисты снимают все положения готовых сварных швов, изгибов и точек отклонения труб. После того, как траншеи засыпаются, команда собирает данные на поверхности, чтобы подтвердить наличие соответствующего покрытия над трубой. Точки снимаются с точностью до 3 см в горизонтальной и вертикальной плоскости, с использованием индивидуальных  данных в контроллерах  TSC2. 
В офисе полевые измерения загружаются в программу Trimble Geomatics Office, где они обрабатываются, а затем экспортируются в САПР (CAD) и другие системы. Окончательным результатом является трехмерный профиль трубы вSPC с двухмерной и трехмерной разбивкой сети опорных точек и атрибутами магистралей. По всему проекту, трехмерный профиль должен иметь точность в пределах 30 см. Куроски получает стабильно хорошие результаты, используя KeyNetGPS, обычно сверяя их с контрольными точками с точностью до 3 см или лучше.   
В рамках процесса проверок, устройство, называемое скребок для очистки трубопровода (PIG), проходит через внутреннюю часть трубы, определяя наличие дефектов. Если PIG обнаруживает дефект, его местоположение фиксируется, и траншея раскапывается для проверки и разрешения проблемы. PIG определяет местоположение на основе трехмерной карты расстояний вдоль трубы, поэтому связь между трехмерным позиционированием и SPCдолжна быть правильной. Любое несоответствие между позиционированием и наземными координатами может привести к дорогостоящим, ненужным работам.

 Фото: Участок трубопровода ожидает проверки и засыпания. Рейки геодезистов отмечают границы сооружения – фото Hatch Matt McDonald
Куроски использует в своих проектах двухчастотное двухсистемное оборудование Trimble R8 GNSS для контроля и проведения изысканий. При наличии нескольких производственных компаний на одной площадке, большое число радиоканалов может повлиять на доступность телеметрической связи и контрольных станций. Команды Куроски сочетают радиосъёмку RTK и систему RTN RTK GNSS для позиционирования, пользуясь хорошим качеством сотовой связи на вершинах холмов для VRS с использованием KeyNetGPS.   
 
ГИСВ центре событий
Разнообразная информация и отчётные материалы делают ГИС важной частью процесса планирования, выдачи разрешений, а также разработок на формации Марцеллус. В северной части штата Пенсильвания компания FisherAssociates поддерживает разработку и строительство газовых объектов, в том числе трубопровода. Компания начала принимать участие в проекте на этапе получения разрешений на прокладку трубопровода и будет работать, пока строительство трубопроводов не будет завершено. Многие клиенты имеют большой опыт работы с ГИС и Fisherразработала новые способы повысить ценность системы.  
В дополнение к геодезистам, персонал Fisher включает специалистов по экологии, биологии водно-болотным угодьям и культурным ресурсам, которые учатся использовать GPS для построения карт. «На протяжении многих лет специалисты по водно-болотным угодьям помечали площадки флажками, а затем геодезисты собирали данные о местоположении, – рассказывает Стив Боддекер, руководитель топографической службы. – Зачем ездить дважды? Сегодня прокладчик трубопровода может выбрать маршрут с помощью GPS, произвести рекогносцировку и снять точки в недоступных местах. Мы ориентируемся на решение проблем». 
Fisher использует оборудование и ГИС для большинства работ по позиционированию для планирования маршрута, комбинируя местную кадастровую информацию и картографические данные, ортофотоснимки и техническую информацию в ГИС. В результате получается точная карта на основе большого набора данных. «Мы можем превратить карту в различные виды чертежей, – говорит Боддекер. – Если участок земли принадлежит какому-либо владельцу, мы можем нанести его на базовую топографическую карту с помощью чрезвычайно точных контурных карт Пенсильвании. Это позволяет нам учитывать требования экологического контроля и другие факторы для получения разрешений». 
На месте проведения работ команда Fisher использует портативные GPS-приемники Trimble GeoXH с программным обеспечением Esri ArcPad. Они разработали выпадающие меню в ArcPad для настройки полевых операций под требования своих клиентов. У каждой бригады есть ноутбук, и геодезисты могут обрабатывать данные с помощью программного обеспечения Trimble GPS Pathfinder Office. Также они могут накладывать свои результаты на ортофотоснимки для выполнения быстрой проверки качества, прежде чем перенести данные в картографические системы. В офисе GPS-измерения проходят последующую обработку с сантиметровой точностью, используя данные сети постоянно действующих базовых станций (CORS). Оттуда результаты передаются в ПО Esri ArcGIS.   
 
Расширение возможностей: Позиционирование и управление данными
Конкуренция, скорость развития и невысокий коэффициент прибыльности – это ежедневные факты из жизни компаний, работающих на месторождении Марцеллус. Стимул для повышения производительности создал хорошие возможности для изыскательских и инженерных компаний, поддерживающих нефтяную и газовую промышленность. Стратегическое планирование и реализации технологий позиционирования также являются важными факторами. Понятно, что RTN играет центральную роль. За последние 12 месяцев количество ежедневных входов в систему KeyNetGPS увеличились примерно на 40%, а общее число абонентов удвоилось в течение последних двух лет.
Использование GNSS и возможность передавать информацию и управлять ею неоднократно зарекомендовали себя весьма полезными, если не основными факторами для работ на формации Марцеллус. «Раньше считалось, что весь вопрос был просто в просверливании скважины, – говорит Билл Миллер из Dra-Surv. – Теперь одинаково важно стало иметь предварительные данные и разрешения, соответствующие правительственным правилам и требованиям. Это ведет к использованию предпринимательского подхода: те, кто остается на высоком технологическом уровне, кто имеет хорошие отношения со своими поставщиками, и кто в курсе текущих положений, - те имеют преимущество. Это элементы, которые сделают компании успешными и помогут им расти».
Джон Стенмарк – писатель и консультант, работающий в AEC и в технических отраслях. Он имеет более чем 20-летний опыт в области применения передовых технологий съёмки и в смежных дисциплинах.