Согласно ежегодным отчетам Ростехнадзора в период с 2014 по 2022 г. на нефтедобывающих объектах произошло более 60 аварий в районах, имеющих сложные инженерно-геологические условия, с ущербом, превышающим 4 млрд 468 млн руб. [1]. Аварии связаны с разрушением технических устройств и разливами нефтесодержащей жидкости. На возникновение таких аварий оказывают влияние деструктивные процессы в грунтах, которые появляются в связи с изменениями температуры грунта в условиях климатических изменений. Ярким примером аварии, одним из факторов возникновения которой стал неустойчивый грунт из-за изменения его инженерно-геологических условий, является розлив нефтепродуктов на ТЭЦ-3, принадлежащей дочерней компании «Норникель» [2].
Глобальное потепление вызывает изменение температуры грунтов и ухудшение их прочностных свойств, что приводит к ряду деструктивных явлений, и, как следствие, грунт значительно хуже воспринимает нагрузки и деформируется. Прогнозы указывают на то, что эти изменения будут усиливаться в последующие несколько десятилетий. В результате увеличатся риски повреждения и разрушения промышленных сооружений и транспортных коммуникаций, которые могут привести к техногенным катастрофам, а следовательно, к экологическими, экономическим и имиджевым потерям.
Для минимизации или своевременного исключения таких последствий на объектах, расположенных в зонах со сложными инженерно-геологическими условиями, выполняется геотехнический мониторинг (ГТМ).
Геотехнический мониторинг — система комплексного контроля, прогнозирования и управления состоянием оснований и фундаментов с целью обеспечения механической безопасности при строительстве и эксплуатации сооружений, а также своевременного предупреждения и снижения вероятности возникновения аварий, связанных с деформацией оснований и фундаментов.
Основными задачами геотехнического мониторинга являются ведение наблюдений за деформациями и проведение прочностных расчетов оснований и фундаментов сооружений, наблюдение за инженерно-геологическим состоянием грунтов оснований, геокриологических и геотехнических процессов, прогнозирование геотехнического состояния наблюдаемого объекта, разработка технических управляющих решений по обеспечению стабильности состояния геотехнических систем и контроль их реализации, а также создание базы наблюдений состояния контролируемых геотехнических систем для анализа изменений данных. В зависимости от специфики объекта ГТМ может включать в себя измерение таких параметров, как температура грунта, положение деформационных марок, уровень грунтовых вод, напряжения в грунте и многое другое.
С целью автоматизации проведения ГТМ и цифровизации его результатов в рамках инновационного проекта силами АО «ТомскНИПИнефть» и ООО «НК «Роснефть» — НТЦ» был создан корпоративный программный комплекс геотехнического контроля [3], впоследствии вошедший в состав Централизованной геоинформационной системы (ЦГИС) Компании в виде Информационного ресурса «Геотехнический контроль» (ИР ГК).
В настоящей работе рассмотрены вопросы автоматизации сбора данных температурных измерений (термометрии) при проведении ГТМ на промышленных объектах, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях, и создания технологии формирования термометрической базы данных в рамках ИР ГК.

При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и инженерных сооружений (ЗИС) в сложных инженерно-геологических условиях необходимо учитывать и фиксировать теплообмен грунтов с ЗИС и внешней средой путем мониторинга температурного режима грунтов. При хозяйственном освоении территории изменения температурного и влажностного режимов грунтов вызывают изменения состава, строения и свойств грунтов, прочности, несущей способности и сжимаемости их пород, интенсивности развития термоэрозии, наледей, солифлюкции и других криогенных процессов и явлений. Это может повлечь значительные разрушения и деформации строящихся и эксплуатируемых ЗИС, что может привести к техногенным авариям, за которыми последуют необратимые негативные последствия для окружающей природной среды.
Контроль температурного режима грунтов производится с помощью термометрических кос. Термометрическая коса (термокоса) представляет собой кабель с усиленной жилой с последовательно расположенными датчиками температуры в отдельном защитном корпусе и разъемом для подключения к контроллеру. Термометрическая скважина —
специально оборудованная скважина, предназначенная для измерения температуры грунта термометрической косой (рис. 1).

Число термометрических скважин в организации может составлять десятки тысяч, и в связи с активным освоением северных территорий и развитием инфраструктуры месторождений их количество продолжает ежегодно расти. До последнего времени сбор данных с термокос производился в ручном режиме с выездом работника «в поле» со специализированным оборудованием. При первом выезде на замер термометрическая коса помещается в термометрическую скважину, после чего она выдерживается в пределах 4 часов для стабилизации температуры [4] датчиков от тепловой инерции. Во второй и последующий выезды производятся замеры температуры, и данные заносятся в специализированные журналы наблюдения.
Описанный выше подход является довольно трудоемким, и для сокращения времени выполнения замеров в настоящее время начинает применяться новый подход с установкой в скважины автоматизированных термометрических кос. Установка автоматизированного оборудования позволяет уменьшить количество выездов сотрудников к термометрическим скважинам за счет использования логгеров, подключенных к термометрическим косам. Данные с логгеров выгружаются в автоматическом режиме в специализированное программное обеспечение производителя термокос (СПО), что значительно автоматизирует и ускоряет процесс получения данных и позволяет проводить более частые замеры с минимальными затратами (рис. 2).

Результаты замера температуры, разбитые по глубинам, собираются логгером и отправляются на базовую станцию. Базовая станция, получая данные с нескольких логгеров с определенной территории, перенаправляет их в серверную часть специализированного программного обеспечения, которое накапливает собранные данные термометрии.
На дальнейшем этапе была поставлена задача консолидации всей термометрической информации в корпоративном ПО ИР ГК, где специалисты смогли бы просматривать собранные данные, осуществлять их анализ и интерпретацию, выполнять расчеты для теплотехнического прогноза, а также готовить необходимую отчетность. Одним из важных вопросов является исключение ручного переноса собранного массива данных термометрии путем автоматизации трансфера данных из ПО производителей термокос в корпоративный ИР ГК с целью долгосрочного хранения и комплексной обработки данных геотехнического мониторинга. В результате исключения ручных операций в ходе термометрии выявление температурных отклонений становится максимально оперативным.

Для минимизации трудоемких ручных операций по переносу данных из программного обеспечения производителей термокос в ИР ГК был разработан модуль консолидации термометрической информации (МКТИ), позволяющий интегрироваться с внешним термометрическим оборудованием для получения данных напрямую в ИР ГК. Исполнение модуля в виде дополнительной компоненты ИР ГК позволяет расширить уже имеющиеся возможности информационного
ресурса (рис. 3), такие как:
• пакетная загрузка данных измерений ГТМ;
• визуализация на геоподложках и управление данными;
• аналитическая отчетность;
• формирование геотехнических прогнозов и заключений;
• расчеты несущей способности фундаментов.

Анализ используемых технических решений от разных производителей термокос показал, что форматы, структура и протоколы передачи термометрических данных не имеют стандартизации. Основными выделенными форматами данных являются
JSON, CSV, XLSX, XML, протоколами передачи данных — TCP/IP или FTP. В таблице 1 представлен пример структуры данных, получаемых с термокос.

Для унификации программного интерфейса МКТИ с целью поддержки широкого ряда протоколов и форматов данных была спроектирована возможность конфигурирования модуля посредством специализированных драйверов. Драйверы представляют собой файлы определенной структуры, в которых описаны правила сопоставления структуры данных ИР ГК с данными, полученными из программного обеспечения различных производителей термокос.
На рисунке 4 представлена диаграмма, показывающая движение данных при работе МКТИ. Обмен данными с сервером оборудования строится на базе программного интерфейса REST API, построенного на основе протокола HTTP. Сервис опроса данных позволяет осуществлять мониторинг температуры, регулярно опрашивая оборудование через заданный временной интервал и получая ответы в формате JSON. В сервисе реализована возможность запроса данных с термокосы по таймеру с заданной настраиваемой частотой. Для полученных данных измерения температуры модуль выполняет необходимою предобработку и размещает итоговую информацию в нужном формате в базу данных ИР ГК.

Схема процесса получения данных с применением разработанного МКТИ для получения данных с автоматизированных термометрических кос в информационный ресурс геотехнического контроля представлена на рисунке 5.

Таким образом, разработанный МКТИ, выступая в роли промежуточной компоненты, предоставляет возможность взаимодействовать с термометрическими косами и получать данные напрямую в единую корпоративную базу данных ИР ГК.