СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ СЛАБОИНТЕНСИВНЫХ УТЕЧЕК ИЗ ПОДВОДНЫХ НЕФТЕПРОВОДОВ МОБИЛЬНЫМ ПОДВОДНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ
DETECTION METHOD OF LOW-INTENSE LEAKS FROM UNDERWATER OIL LINES BY MEANS OF MOBILE UNDERWATER MEASURING COMPLEX

Предлагаемое изобретение относится к области методов контроля состояния подводных технических объектов и может быть применено для мониторинга подводных нефтепроводов и других подводных элементов гидротехнических сооружений с использованием подводных аппаратов (ПА) в районах освоения месторождений на морском шельфе с целью обнаружения и установления местоположения утечек из трубопроводов.
Известны различные способы аналогичного назначения: с использованием высокочувствительного гидрофона (Acoustic Leak Detector (Patented), рекламный проспект компании Cal.l.mar. Италия), с использованием оптических регистраторов концентрации растворенных гидрокарбонов в морской воде (Daniel Esser, Hydrocarbon sensor systems, Schiff&Hafen, June 2008, No.6, CONTROLS Mobile Leak Detection System, рекламный проспект компании CONTRO'S Systems and Solutions GMbH, ФРГ).
В качестве способа-прототипа выбран способ обнаружения локальных источников химических примесей в морской среде с помощью измерительного комплекса, включающего оптический регистратор (флюориметр) содержания химических примесей и акустический доплеровский профилограф течений, установленные на автономном ПА (Jay A. Farrell, Shuo Pang and Wei Li, Chemical Plume Tracing via an Autonomous Underwater Vehicle, IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol.30, №2, Apr., 2005).
В описании способа-прототипа показана эффективность автоматизированной методики поиска источников химических примесей в морской воде, которыми могут являться утечки подводного нефтепровода, проводимого с учетом характеристик течений, определяющих направление и интенсивность переноса примесей. Для поиска источников примесей используют специальные схемы маневрирования носителя аппаратуры, в данном случае автономного ПА, которые позволяют оптимизировать продолжительность и длину траектории поиска шлейфа химических примесей в морской толще и местоположения ее источника.
Недостатком известного способа-прототипа является невозможность определения слабоинтенсивных утечек подводных нефтепроводов в случае, когда отсутствует выраженный всплывающий шлейф химических примесей и преобладает осаждение нефтесодержащих взвесей на дне. В таких условиях для определения утечки указанным способом необходимо проводить инспекцию трубопровода на малом расстоянии от дна, что создает технические трудности для применения буксируемых и самодвижущихся телеуправляемых ПА и ограничивает производительность инспекции трубопровода. Для безопасного и оперативного мониторинга подводных трубопроводов необходимо осуществлять их движение над линией прокладки трубопровода на расстояниях более 20 м. В этом случае сохраняющиеся в тонком придонном слое (метры) продукты утечки нефтепровода (гидрокарбоны) не могут быть определены только оптическими измерительными средствами, применяемыми в прототипе, и с использованием методики, представленной в прототипе.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности достоверного обнаружения утечек из подводного нефтепровода.
Это достигается тем, что мобильным подводным измерительным комплексом, включающим определение оптических и гидрологических характеристик морской среды с помощью флюориметра и акустического доплеровского профилографа течений, размещенных на подводном аппарате, определяют наличие нефтехимических примесей в воде. Одновременно с указанными измерениями проводят измерения акустических характеристик донных осадков вблизи нефтепровода. В результате обработки полученных данных по известной методике (QTCView Series 5 User's Manual and References, компания Quester Tangent Corporation, Канада, 2004 г., K. Ellingsen, J. Gray and E. Bjørnbom Acoustic classification of seabed habitats using the QTC VIEW system. Journal of Marine Science, 59: pp.825-835, 2002) определяют наличие нетипичных для данной акватории видов осадков, и в случае обнаружения таких осадков выполняют маневрирование ПА по глубине и направлению его движения, проводят флюориметром контрольные измерения содержания нефтехимических примесей в придонном слое в месте расположения нефтепровода, и при обнаружении повышенного содержания нефтехимических примесей по показаниям флюориметра судят о наличии утечки.
Известно, что вытекающая из поврежденного подводного нефтепровода сырая нефть, осаждаясь на дне акватории и проникая в осадки, вызывает изменения в структуре донной фауны и бентоса (J. Hua Behavior of chemical dispersed oil in marine sediment, Journal of Marine Science and Technology, Vol.7, No.1, pp.35-42, 1999, R.K. Kropp Review of Deep-Sea Ecology and Monitoring as They Relate to Deep-Sea Oil and Gas Operations, Battelle Marine Sciences Laboratory, Sequim, Washington, January 2004). Это, в свою очередь, создает изменения в характеристиках отраженного от дна акустического сигнала при эхолоцировании (R. Freitas, A.М. Rodrigues, V.Q. Benthic biotopes remote sensing using acoustics. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology pp.285-286 (2003)).
Таким образом, наличие области дна в окрестности подводного нефтепровода с характеристиками эхолокационного сигнала, отличающимися от предварительно полученных в результате первоначального обследования трассы нефтепровода, является фактором возможного существования утечки на данном участке.
Аппаратурный комплекс, устанавливаемый на подводном аппарате, включает:
- регистратор концентрации растворенных элементов сырой нефти (гидрокарбонов): флюориметр с оптической полосой пропускания 400-600 нм;
- акустический доплеровский профилограф течений для определения характеристик течений, создающих перенос загрязнений, вызываемых утечками из нефтепровода;
- акустический классификатор донных осадков для определения локальных аномалий в распределении осадков, вызываемых утечками из нефтепровода.
Реализация предлагаемого изобретения поясняется рисунком, на котором представлена схема развития утечки подводного нефтепровода и показан способ ее обнаружения с помощью измерительного комплекса, установленного на подводном аппарате.
ПА 1 с измерительным комплексом в составе флюориметра 2, эхолота-классификатора донных осадков 3 и акустического доплеровского профилографа течений 4 движется в режиме мониторинга подводного нефтепровода 5 на расстоянии HI от дна и на удалении по горизонтали от трассы нефтепровода на расстоянии 10-20 м с «подветренной» стороны относительно направления течений U(z) 6. В точке 7 нефтепровода происходит утечка, развивающаяся в виде шлейфа 8, который одновременно со всплытием перемещается под действием неоднородных по глубине течений. Осаждающиеся из шлейфа на дно тяжелые фракции нефти создают пятно нефтяных загрязнений 9.
В типичной точке А траектории 10 движения ПА в режиме мониторинга нефтепровода (штриховая линия) до прохождения области утечки получаемые указанными системами данные включают:
- фоновые значения концентрации гидрокарбонов;
- профиль скорости течений, по которому определяют положение траектории ПА в горизонтальной плоскости относительно проекции оси трубопровода на горизонт движения ПА;
- акустические характеристики донных осадков.
В точке Б траектории движения ПА находится над областью утечки нефтепровода, однако область шлейфа вытекающей нефти, имеющая в рассматриваемом случае сравнительно высокую плотность и подверженная воздействию течений, сосредоточена в придонном слое и оказывается ниже глубины траектории ПА. В этом случае флюориметр не может ее индицировать.
В то же время осаждение на дне тяжелых фракций нефти, создающее пятно нефтяного загрязнения, регистрируют с помощью акустического классификатора донных осадков как появление нетипичных видов осадков для данного участка акватории вблизи нефтепровода.
В случае появления нетипичных видов осадков в области пятна нефтяных загрязнений на дне ПА совершает маневрирование с погружением на минимальную глубину Н2 и с поворотом на противоположный курс для выполнения контрольного галса 11 в придонном слое вдоль подводного нефтепровода.
В точке В контрольного галса регистрация флюориметром повышенного по сравнению с фоновым содержания гидрокарбонов подтверждает обнаружение утечки из нефтепровода. В случае отсутствия повышенной концентрации гидрокарбонов на контрольном галсе ПА выходит на исходную глубину и продолжает движение по траектории в режиме мониторинга нефтепровода.
Представленный способ обнаружения утечек из подводных нефтепроводов мобильным подводным измерительным комплексом, включающий измерение акустических характеристик донных осадков и использование их совместно с результатами гидрологических и оптических измерений при выполнении ПА контрольного маневрирования, обеспечивает более надежное по сравнению с прототипом обнаружение утечки. Применение способа возможно и для обнаружения слабоинтенсивных утечек, распространение которых ограничено тонким придонным слоем, и поэтому такие утечки малозаметны для известных способов обнаружения.