СОБЫТИЯ

Журнал «Нефть и Газ Сибири» стал участником выставки в Казани

6-8 сентября в столице Татарстана прошла 24-я международная специализированная выставка «Нефть, газ. Нефтехимия» в рамках Татарстанского нефтегазохимического форума. «Нефть, газ. Нефтехимия» — ведущая отраслевая ...

В отеле InterContinental представляетсяаналитика по модернизации нефтегазоперерабатывающих производств до 2020 года

12 сентября в отеле InterContinental (Москва, Тверская, 22) состоится седьмая ежегодная конференция «Модернизация производств для переработки нефти и газа»(Нефтегазопереработка-2017). Участникам будут представлены аналитические ...

ЛУКОЙЛ, РуссНефть, Зарубежнефть встретятся с участниками нефтесервисного рынка

17 октября в отеле InterContinental (Москва, улица Тверская, 22) состоится двенадцатая ежегодная конференция «Нефтегазовый сервис в России» (Нефтегазсервис-2017). На конференции выступают кураторы нефтесервисного блока ВИНК и ...

Роснефть стала лидером среди крупнейших налогоплательщиков России

По итогам 2016 года ПАО «НК «Роснефть» признана крупнейшим налогоплательщиком в РФ. Лидирующую позицию нефтяная компания занимает уже четвертый год подряд. Об этом свидетельствуют данные рейтинга, составленного РБК. Согласно ...

17 октября в отеле InterContinental АО «Зарубежнефть» собирает поставщиков оборудования

17 октября в отеле InterContinental (Москва, Тверская, 22) состоится двенадцатая ежегодная конференция «Нефтегазовый сервис в России» (Нефтегазсервис-2017). На конференции выступают кураторы нефтесервисного блока ВИНК и руководители ...

Статья: "Применение распределённой Волоконно-оптической системы геотехнического мониторинга (ВОС ГТМ) для проведения мониторинга температуры и деформации трубопроводов в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов"


Долгосрочная энергетическая стратегия России предполагает широкомасштабное освоение газовых и нефтяных месторождений, расположенных в труднодоступных регионах с суровым климатом. В мировой практике известно множество подходов и технологий, специально разработанных для преодоления физических сложностей эксплуатации трубопроводов. Однако, помимо выбора и обоснования конструктивных и технологических особенностей строительства трубопроводной инфраструктуры, также важно получать подробные и точные данные о её состоянии в процессе эксплуатации.

Зачастую особый риск для целостности трубопровода представляет состояние многолетнемёрзлых грунтов под ними, которые могут увеличиваться (при промерзании) или уменьшаться (при протаивании) в размерах в связи с сезонными изменениями.

В настоящей статье описываются технологии для повышения безопасности критических участков трубопроводов, методики диагностики пространственного положения трубопроводов и способы укладки волоконно-оптических сенсоров измерения температуры и деформации в зонах распространения многолетнемёрзлых грунтов.

Система мониторинга должна обеспечить решение следующих задач:

- заблаговременно выявлять начало процессов деградации (растепления) многолетнемёрзлых грунтов под трубопроводом;

- определять местоположение участков трубопровода с деградацией многолетнемёрзлых грунтов;

- определять профиль распределения температуры в вертикальной плоскости на критических участках трубопровода;

- оценивать скорость деградации многолетнемёрзлого грунта;

- определять смещения трубопровода и места расположения таких смещений;

- формировать аварийные сообщения при выявлении случаев растепления грунтов, а также формирования деформаций трубопровода.

Для решения упомянутых выше задач предполагается использование распределённой ВОС ГТМ. Предлагаемая система может включать в свой состав две сенсорные подсистемы.

Подсистема 1 предназначена для определения месторасположения зон деградации многолетнемёрзлых грунтов вдоль трубопровода с помощью сенсора температуры, а также предназначена для контроля смещений грунта вдоль трубопровода, определяемых по изменению распределения деформаций грунтового сенсора.

Подсистема 2 (термометрические скважины) предназначена для определения вертикального профиля распределения температуры с помощью высокоточного сенсора температуры в скважинах, что, в свою очередь, даёт возможность определить состояние и прогноз процесса растепления многолетнемерзлого грунта.

Система позволяет измерять:

- температуру грунта вдоль продольного сенсора с разрешением 1oC;

- смещение грунта вдоль трубопровода с точностью от 15 мм;

- расположение места события (изменение температуры грунта или его вертикальное смещение) с точностью 2 м;

- различные события с типичным пространственным разрешением 2 м;

- вертикальный профиль распределения температуры с пространственным шагом 10 см и разрешением температуры 0,2oC;

- время измерения: 2 минуты (для одного канала измерения анализатора).

ВОС ГТМ состоит из линейной и программно-аппаратной частей. Принципы работы системы основываются на диагностике состояния волоконно-оптических сенсоров – измерении распределения температуры и деформаций по всей их длине. Ключевым измерительным прибором программно-аппаратной части системы является анализатор DITEST, который представляет собой импульсный оптический рефлектометр, измеряющий сигнал вынужденного Бриллюэновского рассеяния из каждой точки оптического волокна сенсора. Анализ сигнала вынужденного Бриллюэновского рассеяния позволяет измерять распределение температуры и деформации по всей длине сенсора. Таким образом, протяжённый волоконно-оптический сенсор является эквивалентом огромного количества точечных датчиков (программное обеспечение анализатора DITEST позволяет разбить контролируемый участок длиной 50 км на 100 000 датчиков, поскольку пространственное разрешение анализатора составляет 0,5 м).

Линейная часть решения включает в свой состав сенсоры температуры и продольные сенсоры деформации. Оптоволоконный продольный сенсор распределения температуры представляет собой волоконно-оптический бронированный кабель (рис. 1), который монтируется на дне траншеи вдоль трубопровода, как показано на рис. 3 и 4 (Подсистема 1). На рисунках дополнительно продемонстрирована возможность монтажа системы (только при новом строительстве либо реконструкции) непосредственно на сам трубопровод. Показания продольного сенсора температуры также используются для компенсации температурных эффектов при измерении величин относительной деформации грунтового сенсора. Оптоволоконный сенсор распределения деформации грунта представляет собой волоконно-оптический кабель специальной конструкции (рис. 2), который монтируется на дне траншеи в непосредственной близости от сенсора температуры, как показано на рис. 3 и 4. Оба сенсора являются полностью пассивными устройствами, не требующими электропитания. Как упоминалось выше, сенсоры устанавливаются в траншее вдоль всего контролируемого участка мониторинга параллельно трубопроводу и позволяют измерять распределение температуры, а также деформации.

 

 

 

 

 

 

Термометрическая скважина представляет волоконно-оптическую сенсорную систему высокоточного измерения температуры, установленную непосредственно в вертикальную скважину, поэтапно заполненную специализированной инъекционной смесью (Подсистема 2). Термометрическая скважина предназначена для определения вертикального профиля температуры многолетнемёрзлых грунтов.

Анализатор DITEST должен располагаться в шкафу шириной 19” в блок-контейнере или ином помещении, в котором поддерживается нормальный микроклимат. Данные измерений анализатора передаются на сервер обработки данных системы мониторинга по сети связи Ethernet, где осуществляется их последующая обработка. Данные системы мониторинга могут передаваться в АСУ верхнего уровня или использоваться независимо.

Для организации контроля температуры при мониторинге процессов деградации (растепления) многолетнемёрзлых грунтов вдоль участка мониторинга предложена следующая система ВОС ГТМ.

Предлагается одновременное использование Подсистемы 1 и Подсистемы 2. В качестве сенсора в Подсистеме 1 используется оптический кабель-сенсор температуры ДКП-50-6z-4/32_ГТМ, проложенный в грунте в непосредственной близости от трубопровода. Предлагается монтировать сенсоры температуры по обе стороны от оси трубопровода на глубину ниже на 0,5 м уровня расположения верхней границы многолетнемёрзлого грунта, как показано на рис. 5. Соединения строительных длин сенсоров предлагается выполнить в кабельных колодцах типа ККТ-1 с помощью оптических соединительных муфт типа МТОК в соответствии с нормами, принятыми при строительстве ВОЛС (при более протяжённом участке мониторинга более 4 км).

 

 

В случае применения опции измерения вертикальных смещений грунта используется сенсор деформации ФОСД-Г, который оснащается грунтовыми якорями специальной конструкции с механическими предохранителями для фиксации сенсора деформации в грунте (рис. 4). Монтируются сенсоры деформации грунта также по обе стороны от оси трубопровода в одной траншее с сенсорами температуры (рис. 6).
Соединения строительных длин сенсоров деформации грунта предлагается выполнить в тех же оптических муфтах типа МТОК, которые используются для соединения строительных длин сенсоров температуры.

 

 

 

Подсистема 2 включает в свой состав термометрические скважины глубиной 15 м, расположенные в местах соединения строительных длин продольных сенсоров температуры и деформации. Термометрические скважины устанавливаются перпендикулярно плоскости трубопровода. Бурение производится в стороне от траншеи с расположенными в ней продольными сенсорами на расстоянии, которое определяется в условиях конкретного проекта, чтобы обеспечить соединение сенсорной системы в скважине с сенсорами в траншее посредством оптической муфты (используется та же оптическая муфта, что и для монтажа продольных сенсоров), рис. 5 и 6. Каждая скважина оборудуется волоконно-оптической сенсорной системой высокоточного измерения температуры, которая включает в свой состав специализированный сенсор температуры, концевую и проходную специализированные муфты. После монтажа сенсорной системы скважина поэтапно заполняется специализированной инъекционной смесью для фиксации сенсорной системы внутри скважины.

Обобщённая структурная схема ВОС ГТМ для мониторинга температуры и деформации трубопровода в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов представлена на рис. 7. В систему включена опция измерения вертикальных смещений грунта, как ранее упоминалось, Подсистема 1 также включает в свой состав продольные сенсоры деформации грунта.

 

 

В целом процесс монтажа, наладки, испытаний и ввод в эксплуатацию ВОС ГТМ аналогичен подобным работам для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Это обусловлено тем, что система мониторинга построена на основе ВОЛС (т.е. использует их компоненты – волоконно-оптический кабель специальной конструкции (сенсор), оптические муфты, оптические кроссы, оптические шнуры и т.д., а также специализированное монтажное и измерительное оборудование), и через соответствующие интерфейсы сопрягается с ними. Все это, а также структурная схожесть ВОЛС и ВОС ГТМ (наличие линейной и станционной части, системы управления) позволяет частично использовать при организации монтажа, наладке, испытаний и ввода в эксплуатацию соответствующие нормативно-технические документы, регламентирующие процесс создания ВОЛС, проводить инсталляцию элементов системы силами подрядных организаций, специализирующихся на строительстве ВОЛС. Смонтированная на трубопровод линейная часть ВОС ГТМ представлена на рис. 8.

 

Вместе с тем в процессах монтажа, наладки, испытаний и вводе в эксплуатацию ВОС ГТМ существует и своя специфика, связанная с использованием специализированных распределённых волоконно-оптических сенсоров и специализированных компонентов:

• Укладка сенсоров осуществляется определённым образом в заданном месте относительно объекта мониторинга.

• Сенсоры деформации монтируются с контролируемым растягивающим усилием.

• Монтаж сенсоров в измерительные скважины и их фиксация.

• Засыпка сенсоров в траншее должна осуществляться песком или просеянным грунтом.

• Необходимо выполнить пространственную привязку месторасположения сенсоров к карте местности.

• Необходимо определить положение пространственных зон мониторинга на сенсоре с помощью термометок.

Предотвращение техногенных катастроф, выз-ванных авариями на потенциально опасных объектах, является основной задачей, стоящей перед газотранспортными организациями. Жёсткие требования, предъявляемые к материалам, используемым при производстве, технике инсталляции и системам контроля приводят к необходимости разработки новых прогрессивных технологий мониторинга и надёжной диагностики технического состояния объектов.

ВОС ГТМ способна детектировать опасные события на основе анализа малейших изменений температуры и/или деформации в оптическом кабеле. Программное обеспечение ВОС ГТМ включает в себя самостоятельное обнаружение аномальных событий и потенциальных угроз и оповещает оператора о факте и типе угрозы целостности трубопровода и месте её возникновения путём подачи аварийного сигнала в единый диспетчерский центр. Система позволяет диспетчерам предотвратить утечки на ранней стадии их зарождения, а также избежать огромных материальных затрат, связанных с выходом трубопровода из строя.


Категория статьи: Наука и образование

Дата создания статьи: 2016-06-03 13:59:20

«Нефть и Газ Сибири» №3(28) 2017 г.
Справочник отраслевых организаций
Яндекс.Метрика