Способ обнаружения несанкционированных врезок в подземный трубопровод
METHOD OF DETECTION OF UNAUTHORIZED TIE-INS TO UNDERGROUND PIPELINE

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может быть использовано для обнаружения местоположения несанкционированных врезок (врезка) в трубопровод. Криминальные вмешательства в работу магистральных нефте, и нефтепродуктопроводов наносят значительный материальный ущерб нефтяным и нефтетранспортным компаниям, представляют большую угрозу для окружающей среды, так как они становятся причиной разливов нефти и нефтепродуктов, загрязнения почвы, водоемов рек, болот, создают угрозу для экологической среды обитания людей и животного мира.
Известны внутритрубные магнитные дефектоскопы, способные обнаруживать несплошность материала стенок трубопроводов и в том числе врезки. Дефектоскопы пропускают внутри обследуемого трубопровода, средства намагничивания стенки трубопровода приводят в состояние магнитного насыщения материал стенки трубопровода. Датчики магнитного поля измеряют напряженность магнитного поля в непосредственной близости от внутренней поверхности стенки трубы. При наличии дефекта материала стенки трубопровода, включая отверстие в стенке, вблизи датчика магнитного поля, магнитное поле в этой зоне искажается и датчик регистрирует величину изменения напряженности магнитного поля, сигнал с датчика преобразуется и записывается на накопитель данных. После выполнения пропуска дефектоскопа и его извлечения из трубопровода данные переносят на компьютер, находящийся вне дефектоскопа, и с помощью программы интерпретации по сигналам от датчиков, отражающим искажения магнитного поля, идентифицируют дефекты несплошности материала стенки, определяют их тип и геометрические параметры, а также местоположение на трубе для последующего ремонта дефектного участка трубопровода [1-3].
Применение вышеописанных способов обнаружения врезок с использованием внутритрубных снарядов: детекторов врезок и внутритрубных дефектоскопов, имеет ряд недостатков:
ограничение в применении на трубопроводах не пригодных к пропуску внутритрубных инспекционных снарядов (отсутствие камер запуска и приема диагностических устройств, наличие непроходных участков для внутритрубного оборудования на трубопроводе и др. ограничения;
высокие материальные затраты, связанные с необходимостью выполнения дополнительных видов работ до пропуска внутритрубного снаряда - это пропуск очистных снарядов и снарядов-профилометров, а также утилизации продуктов очистки;
существует вероятность застревания поршня при сильной деформации трубы или уменьшения ее внутреннего диаметра в результате засорения примесями: газоконденсатом, парафинами и пр.;
необходимость останавливать транспортировку продукта, запускать устройство внутрь через пусковую камеру, нагнетать давление, что занимает несколько дней, кроме того, существует вероятность того, что устройство застрянет внутри трубы;
сложность определения местоположения врезки ввиду несовершенства устройств измерения пройденного внутри трубы расстояния (одометров).
Известен способ определения местоположения источника сейсмических колебаний поверхности земли, основанный на приеме и измерении параметров угловых сейсмических колебаний вокруг двух горизонтальных и ортогональных между собой осей не менее чем на двух приемниках, расположенных и ориентированных известным образом на местности на некотором расстоянии друг от друга, и по соотношениям измеренных амплитуд колебаний для каждого из приемников определяют направление фронта пришедшего сейсмического колебания и пеленг на источник сейсмических колебаний, а по результатам пеленгации каждым приемником источника сейсмических колебаний определяют местоположение источника [4].
Недостатками способа являются:
в аномальных районах возможно искривление направления распространения сейсмических волн, что может явиться причиной ошибок в определении местоположения источника сейсмических волн;
низкая чувствительность к источникам низкочастотных колебаний, вызванных акустическими преобразователями, что ограничивает применение способа для поиска несанкционированных врезок;
высокая трудоемкость и не оперативность метода;
метод подвержен негативному влиянию сейсмических волн, возбужденных промышленными, транспортными и иными источниками;
невысокая точность в определении местоположения источника низкочастотных колебаний.
Известен способ обнаружения дефектов в трубопроводе и несанкционированных врезок в трубопровод путем измерения магнитной индукции над трубопроводом с помощью устройства с одновременным перемещением датчика вдоль оси трубопровода, причем измеряют только вертикальную составляющую вектора магнитной индукции непрерывно в процессе перемещения датчика и отслеживают сильные, более 10%, изменения модуля вертикальной составляющей вектора магнитной индукции, затем отмечают выявленные участки и раскапывают трубу для осмотра, контактной диагностики и ремонта. В качестве информативной составляющей выбрана вертикальная составляющая вектора магнитной индукции поля Земли над трубопроводом: при этом показания прибора не зависят от азимутального расположения датчиков прибора, а вертикальное положение легко поддерживать, используя отвес с датчиком, закрепленным на нем так, чтобы ось чувствительности датчика располагалась вертикально. Это упрощает использование магнитометра и позволяет не останавливаться для выполнения измерений, а двигаться с постоянной скоростью, следя за показаниями прибора [5].
Недостатками способа являются:
требуется предварительная трассировка на местности проекции оси трубопровода с использованием трассопоискогого оборудования;
низкая эффективность обнаружения врезки связанная с тем, что изменение на 10% модуля вертикальной составляющей вектора магнитной индукции может быть связаны с другими многочисленными дефектами стенки трубы;
дополнительные материальные затраты, связанные с необходимостью выполнения работ по вскрытию трубопровода;
отсутствие в устройстве технических решений, связанных с учетом угловых склонений магнитной антенны устройства при ее перемещении, вносит высокую погрешность в измерении магнитной индукции, что ухудшает процесс обнаружения врезок.
Известен способ по обнаружению несанкционированных врезок в трубопровод, включающий непрерывное измерение вертикальной составляющей магнитной индукции над трубопроводом и вдоль него, выявление участка трубопровода с несанкционированной врезкой, определение градиента модуля вертикального вектора магнитной индукции с получением магнитограммы, запись считываемой магнитограммы на твердотельную память, при этом наличие участка трубопровода с несанкционированной врезкой определяют по плавному возрастанию или убыванию магнитограммы в зависимости от направленности магнитного поля, а запись магнитограммы на твердотельную память производят в соответствии с изменением координат, получаемых от встроенного модуля глобального позиционирования [6].
Недостатками способа являются:
в зонах нахождения несанкционированных врезок магнитная индукция может в несколько раз превышать рабочий динамический диапазон магнитного датчика, что может привести к потере его чувствительности, либо делает его функционально зависимым от магнитного поля трубопровода, и, как следствие, некоторые несанкционированные врезки могут быть не выявлены;
не высокая вероятность определения несанкционированных врезок, установленных на нижней образующей трубопровод, связанная с тем, что изменение магнитной индукции от несанкционированной врезки может быть полностью подавлено сигналом, поступающим от самого трубопровода;
сложность идентификации типа аномалии трубопровода по виду зафиксированного сигнала, так как полученный по результатам поиска всплеск магнитной индукции может возникнуть не только от несанкционированной врезки, а также от иных дефектов трубопровода, напряженно-деформированного состояния участков трубопровода, от наличия различных металлических объектов, находящихся рядом с трубопроводом.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ по обнаружению несанкционированных врезок в трубопровод, включающий, установку на каждом конце контролируемого участка трубопровода по акустическому преобразователю, изоляцию акустических преобразователей с помощью звукоизоляционных кожухов, синхронное фиксирование акустическими преобразователями акустических сигналов, проведение фильтрации зафиксированных акустических сигналов для выделения сигналов в частотном диапазоне 10-2000 Гц; проведение разбивки полученных данных на равные интервалы по времени, для каждого интервала времени проведение взаимной корреляции сигналов, полученных с двух акустических преобразователей, проведение сопоставление данных, полученных для каждого интервала времени, определение наличия несанкционированной врезки по амплитудному значению и форме всплесков, полученных по результатам взаимной корреляции сигналов, установление местоположение несанкционированной врезки по скорости распространения акустических сигналов в транспортируемой среде и времени распространения акустических сигналов от источника акустических сигналов до акустических преобразователей [7].
Недостатками способа являются:
не оперативность поиска несанкционированных врезок;
сложность идентификации типа аномалии трубопровода по виду зафиксированного акустического сигнала, полученного по результатам контроля, который может возникнуть не только от несанкционированной врезки, а также от дефектов трубопровода, связанного с нарушением геометрии стенки трубы, например, вмятины, коррозионные каверны на внутренней стенке трубы, отверстия заглушенных врезок и др. дефекты;
высокие материальные затраты, вызванные необходимостью вскрытий на концах обследуемых участков трубопровода для установки акустических преобразователей;
невысокая точность определения координат расположения на местности несанкционированной врезки.
Задачей изобретения является повышение точности и оперативности определения месторасположения на местности несанкционированных врезок.
Это достигается за счет того, что в способе обнаружения несанкционированных врезок в трубопровод, включающий, установку на конце контролируемого участка трубопровода акустического преобразователя, возбуждение акустических колебаний в теле трубы и жидкости внутри трубопровода, и отвода врезки, отличающийся тем, что синхронизируют с помощью GPS фазы колебаний преобразователя и приемника акустических колебаний, перемещают приемник акустических колебаний направленного действия вдоль трубопровода, регистрируют в грунте амплитуду, направление и фазу акустических колебаний и определяют в диаграмме направленности акустических колебаний в грунте месторасположение отвода несанкционированной врезки на местности по появлению диаграммы направленности акустических колебаний, вызванных акустическими колебаниями жидкой среды, расположенной в отводе врезки, имеющих отличные направление и фазу по отношению к диаграмме направленности акустических колебаний, вызванных акустическими колебаниями тела трубы и жидкой среды трубопровода.
Сущность предлагаемого технического решения поясняются фигурами.
На фиг. 1 представлен пример возбуждения акустических колебаний в трубопроводе, отводе несанкционированной врезки и грунте и схема поиска отвода врезки, где:
1 - трубопровод;
2 - отвод несанкционированной врезки;
3 - преобразователь акустических колебаний;
4 - приемник акустических колебаний направленного действия;
5 - электронный блок;
6 - модуль GPS приемника акустических колебаний;
7 - модуль GPS преобразователя акустических колебаний;
8 - жидкая среда продукта перекачки по трубопроводу;
9 - возбужденные акустические колебания;
10 - колебания в грунте, возбужденные акустическими колебаниями стенки и жидкой среды трубопровода;
11 - колебания в грунте, возбужденные акустическими колебаниями жидкой среды отвода несанкционированной врезки;
12 - грунт;
13 - направление поиска отвода несанкционированной врезки.
На фиг. 2 представлен пример определения месторасположения на местности отвода несанкционированной врезки, где:
14 - точка установки в грунте электрода приемника акустических колебаний при поиске отвода несанкционированной врезки;
15 - интерфейс электронного блока приемника акустических колебаний;
16 - диаграмма направленности акустических колебаний в грунте от трубопровода;
17 - диаграмма направленности акустических колебаний от отвода врезки.
Несанкционированные врезки в трубопроводы являются сложными для обнаружения с поверхности земли объектами поиска. Основная проблема состоит в том, что расхитители нефтепродуктов из трубопроводов, хорошо изучили технические возможности приборов для наружного контроля технических параметров подземного трубопровода, используемые службами безопасности нефтедобывающих и нефтетранспортных компаний для поиска врезок, и реализуют в конструкции врезки такие технические решения, которые делают невозможным их обнаружения этими приборами: геометрические размеры штуцера (элементов соединения с трубопроводом) уменьшились до минимума, а сам отвод от трубопровода стал выполняться из композитных не токопроводящих материалов.
Сущность изобретения сводится к определению месторасположения отвода несанкционированной врезки на местности по диаграмме акустических колебаний в грунте, вызванных колебаниями жидкости в отводе врезки, которые будут отличные от диаграммы акустических колебаний в грунте, вызванных колебаниями жидкости в трубопроводе.
Предлагаемое техническое решение реализуется следующим образом:
устанавливают на трубопровод 1 преобразователь акустических колебаний 3 и возбуждают акустические колебания 9 в стенке и жидкости 8 трубопровода.
синхронизируют с помощью GPS/Глонасс 6 и 7 фазы колебаний преобразователя 3 и приемника 4 акустических колебаний. Эти колебания передаются в жидкость отвода 2 несанкционированной врезки.
акустические колебания 10 от трубопровода 1, и колебания 11 от отвода 2 несанкционированной врезки передаются в грунт 12;
возбужденные в грунте от источников излучения акустические колебания будут иметь отличные вектора направленности: акустические колебания 11 в непосредственной близости от трубопровода будут иметь поперечную направленность по отношению к акустическим колебаниям 10;
приемник акустических колебаний 4 перемещают 13 вдоль трубопровода, втыкают электрод приемника акустических колебаний в грунт 12 и в точке измерения 14 регистрируют: амплитуды, фазы и направления акустических колебаний;
из диаграммы направленности акустических колебаний, отображающихся на интерфейсе 15 электронного блока 5 приемника акустических колебаний 4 определяют месторасположение отвода врезки на местности по следующему признаку: появлением в суммарной диаграмме направленности акустических колебаний в грунте 12 диаграммы направленности 17, вызванной акустическими колебаниями 9 жидкой среды, расположенной в отводе врезки 2, отличной по направлению и фазе от диаграммы направленности акустических колебаний 16, вызванных акустическими колебаниями 9 стенки трубы и жидкой среды 8 в трубопроводе 1.
Предлагаемые способ за счет реализуемых в нем технических решений, направленных на обнаружение нетокопроводящего отвода несанкционированных врезок в трубопровод, открывает принципиально новые оперативные возможности поиска месторасположения подземного объекта врезки, который недоступен для обнаружения применяемыми приборами для наружного контроля подземного трубопровода, используемых для этих целей; определять координаты расположения отвода несанкционированной врезки на местности с точностью, применяемой дифференциальной GPS.
Источники информации
1. Патент РФ 2102737.
2. Патент РФ 2191232.
3. Патент РФ 2280810.
4. Патент РФ 2087010.
5. Патент РФ 2379579.
6. Патент РФ 2572907.
7. Патент РФ 2681552 – прототип.
8. Жуков А.В., Кузьмин А. Н. Распространение акустических волн в нефтепроводах. // Журнал "В мире НК" №3 (53) сентябрь 2011 г.
9. Овчинников А.Л., Лапшин Б.Н. Распределение низкочастотных акустических сигналов в подземных трубопроводах. Сборник научных трудов Российской школы конференции с международным участием, Томск, 27-30 октября 2015 г. Издательство ТПУ, 2015, стр. 269-274.