Способ диагностики технических параметров подземного трубопровода
DIAGNOSTIC METHOD OF TECHNICAL PARAMETERS OF UNDERGROUND PIPELINE

Предлагаемый способ относится к бесконтактной магнитометрической диагностике в области наружного контроля технических параметров подземного трубопровода и может быть использовано при проведении комплексного обследования технического состояния подземного трубопровода в нефтегазовой отрасли, жилищно-коммунальном хозяйстве и других отраслях, где эксплуатируется подземные и подводные трубопроводы.
Известны способы [1-6] наружного диагностического контроля технических параметров подземного трубопровода, которые включают возбуждение переменного тока в обследуемый участок подземного трубопровода, измерение над трубопроводом индукции магнитного поля в процессе перемещения магнитной антенны измерительного прибора, содержащей трехкомпонентные датчики магнитного поля, которые расположены в строго определенных местах магнитной антенны; математическую обработку измерений путем решения избыточной системы уравнений, составленной для градиентов индукции постоянного магнитного поля, определение технических параметров трубопровода.
Недостатками данных способов диагностического контроля являются:
Отсутствие анализа влияния обратных токов. В способах принята модель, когда ток идет только по бесконечно длинному трубопроводу и вблизи него другие токи отсутствуют. В реальных условиях диагностики пропустить ток от генератора по трубопроводу можно только при наличии замкнутой электрической цепи. Это означает, что будет зона где идет обратный ток параллельный диагностируемому трубопроводу. Обратный ток в грунте при определенных условиях приводит к образованию неконтролируемой величине суммарной магнитной индукции, регистрируемой магнитной антенной прибора при проведении диагностического контроля технических параметров обследуемого участка подземного трубопровода, что приводит к увеличению суммарной погрешности измерения.
Отсутствие технических решений, исключающих негативное влияние обратных токов в электрической цепи при возбуждении рабочего тока генератора в трубопроводе.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ диагностики технического состояния подземного трубопровода [4].
Способ диагностики включает возбуждение в зоне трубопровода переменного магнитного поля, измерение расстояния от датчиков до проекции оси трубопровода на дневную поверхность, индицирование величины и направления удаления датчиков от проекции оси трубопровода, на основании чего оператор корректирует путь перемещения вдоль трубопровода, а при диагностировании, идентификации и ранжировании аномалий внесение поправок в величины компонент поля и их разностей, связанных с расстоянием от датчиков до оси трубопровода, определение углов поворота датчиков поля вокруг горизонтальных и вертикальной оси, получение матрицы поправок и внесение их в матрицы компонент поля и их разностей, измерение индукции постоянного магнитного поля не менее чем в шести точках пространства над трубопроводом и не менее девяти разностей величин индукции постоянного магнитного поля в этих же точках, одновременно с индукцией постоянного магнитного поля проводят измерение не менее двух компонент вектора индукции переменного магнитного поля по крайней мере в трех точках пространства над трубопроводом, расположенных вдоль горизонтальной или вертикальной оси и совпадающих с точками измерения постоянного магнитного поля, и не менее двух компонент вектора напряженности переменного электрического поля, причем датчики постоянного магнитного поля, переменного магнитного поля и переменного электрического поля совмещены в одном конструктиве, проведение предварительной статистической обработки результатов измерений, выделение по совокупности признаков участки трубопровода для последующей обработки, определение расположения и магнитных моментов источников аномалий постоянного и переменного магнитных полей и параметры нарушений изоляции трубопровода и проведение по полученным данным идентификации и ранжирования особенностей технического состояния трубопровода.
Данный способ диагностического контроля обладает такими же недостатками, как и в способах, рассмотренных выше.
Задачей изобретения является повышение достоверности и точности диагностического контроля за счет снижения уровня погрешности измерений, вызванных негативным влиянием обратных токов на контролируемые технические параметры трубопровода при проведении его обследования.
Это достигается за счет того, что в способе диагностики, включающего возбуждение в зоне трубопровода переменного магнитного и переменного электрического поля, измерение расстояния от датчиков до проекции оси трубопровода на дневную поверхность, индицирование величины и направления удаления датчиков от проекции оси трубопровода, на основании чего оператор корректирует путь перемещения вдоль трубопровода, а при диагностировании, идентификации и ранжировании аномалий внесение поправок в величины компонент поля и их разностей, связанных с расстоянием от датчиков до оси трубопровода, определение углов поворота датчиков поля вокруг горизонтальных и вертикальной оси, получение матрицы поправок и внесение их в матрицы компонент поля и их разностей, измерение индукции постоянного магнитного поля не менее чем в шести точках пространства над трубопроводом и не менее девяти разностей величин индукции постоянного магнитного поля в этих же точках, одновременно с индукцией постоянного магнитного поля проводят измерение не менее двух компонент вектора индукции переменного магнитного поля по крайней мере в трех точках пространства над трубопроводом, расположенных вдоль горизонтальной или вертикальной оси и совпадающих с точками измерения постоянного магнитного поля, и не менее двух компонент вектора напряженности переменного электрического поля, причем датчики постоянного магнитного поля, переменного магнитного поля и переменного электрического поля совмещены в одном конструктиве, проведение предварительной статистической обработки результатов измерений, выделение по совокупности признаков участки трубопровода для последующей обработки, определение расположения и магнитных моментов источников аномалий постоянного и переменного магнитных полей и параметры нарушений изоляции трубопровода и проведение по полученным данным идентификации и ранжирования особенностей технического состояния трубопровода, отличающийся тем, что снижают уровень погрешности измерений, исключая негативное влияние обратного тока, за счет того, что на обоих концах обследуемого участка подземного трубопровода на расстоянии от его оси, равном более 10 величин глубины заложения трубопровода, формируется электрическая токовая цепь путем установки: в начале участка - электрода заземления, который соединяют проводом с генератором, а на конце участка - электрода для отвода обратного тока, который соединяют проводом с трубопроводом, или
отличающийся тем, что соединяют заземление генератора проводом с электродом, установленном на противоположном конце диагностируемого участка трубопровода.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг. 1, на которой представлена схема токов и магнитных полей, создаваемых этими токами в около трубном пространстве, где 1 - трубопровод;
2 - ток генератора, возбужденный в трубопроводе;
3 - индукция магнитного поля, создаваемая током генератора;
4 - обратный ток, протекаемый в грунте и натекаемый на электрод заземления
генератора;
5 - индукция магнитного поля, создаваемая обратным током;
6 - суммарная индукция магнитного поля в около трубном пространстве, создаваемая суммарным током, протекаемым в около трубном пространстве.
На фиг. 2 представлен пример, где профиль глубины фактического заложения оси магистрального нефтепровода на участке его перехода через реку был измерен с использованием предложенного технического решения,
где 7 - профиль глубины заложения трубопровода, измеренный с использованием технического решения;
8 - проектный профиль глубины заложения трубопровода.
В рассматриваемых способах диагностического контроля технических параметров подземного трубопровода рассматривается схема, когда в трубопроводе 1 возбуждается рабочий ток генератора 2, который создает в около трубном пространстве магнитное поле, имеющее конфигурацию вида 3. При перемещении магнитной антенны прибора магнитные датчики фиксируют распределение величин этого поля по длине обследуемого трубопровода и после последующей обработки определяются его технические параметры. Индукция магнитного поля для бесконечно длинного проводника в точке измерения связана с током, протекаемым по трубопроводу, и глубиной заложения следующей формулой:
0
где h- глубина заложения от оси трубопровода до точки измерения на поверхности земли; I - ток в трубопроводе; μ - магнитная постоянная; μ - относительная проницаемость вещества среды.
В реальных условиях грунты в зоне прокладки подземного трубопровода не однородны, имеют различные величины электрического сопротивления. Встречаются слои грунтов, имеющие низкое электрическое сопротивление, например, водонасыщенные грунты, которые могут располагаться вдоль трубопровода в непосредственной близости от него. Эти грунты создают условия, при которых обратный ток 4 протекает в непосредственной близости от трубопровода 1, создает в около трубном пространстве магнитное поле 5.
∑
Токи 2 и 4 взаимодействуют друг с другом, создавая суммарное магнитное поле В в около трубном пространстве, имеющее конфигурацию вида 6.
г
об
где I - рабочий ток генератора, возбужденный в трубопроводе; I - обратный ток в водонасыщенном слое грунта.
Обратный ток при определенных условиях может негативно влиять на погрешность измерения при выполнении контроля технических параметров подземного трубопровода. Суммарная погрешность измерения с учетом влияния обратного тока будет иметь вид:
п
от
где δ - погрешность диагностического прибора; δ - погрешность, вызванная влиянием обратного тока.
Если рассматривать протекание обратного тока не локализовано, а распределено в грунте, то можно получить следующие оценки для допустимого расстояния обратного тока от оси трубопровода. В таблице 1 приведена погрешность измерения, например, глубины для различных комбинаций расположения обратного тока и его расстояние от оси трубопровода. Величина прямого и обратного тока одинаковы.
Из таблицы видно, что на погрешность измерения технического параметра трубопровода оказывает влияние удаленности электрической цепи обратного тока от оси трубопровода. Особенно это касается трубопроводов глубокого заложения, к которым относятся переходы трубопровода через глубоководные преграды, глубокие овраги и другие искусственные и естественные преграды.
от
Для снижения уровня погрешности измерения δ, вызванного негативным влиянием обратного тока, на контролируемые параметры трубопровода до величины менее 1,0%, предлагается техническое решение по созданию электрической цепи для обратного тока 4 на расстоянии, равном 10 и более величин глубины заложения трубопровода, путем установки: в начале участка - электрода заземления, который соединяют проводом с генератором, а на конце участка - электрода для отвода обратного тока, который соединяют проводом с трубопроводом, или
соединить проводом клемму заземления генератора с электродом, установленным на противоположном конце диагностируемого участка трубопровода.
Предлагаемый способ диагностики технических параметров подземного трубопровода позволяет снизить уровень погрешности измерений, повысить точность и достоверность наружного метода контроля технических параметров подземного трубопровода за счет реализуемых технических решений по максимальному снижению уровня погрешности, вызванного негативным влиянием обратного тока, в около трубном пространстве.
Источники информации:
1. Патент РФ №2264617.
2. Патент РФ №2510500.
3. Патент РФ №2633019.
4. Патент РФ №2453760. Прототип.
5. ВРД 39-1.10-026-2001. УДК 622.692.4.047. Разработан НТЦ "Ресурс газопроводов" ООО "ВНИИГАЗ". Введен в действие 29.01. 2001 г.
6. Pergam.ru/articles/poisk-kabelei-trub.htm. 2020 г. Методика применения диагностических приборов RD 7000 и RD 8000.