Синев А.И., Никишин В.Б., Чигирев П.Г.
ЗАО «Газприборавтоматикасервис»

В Российской Федерации функционируют магистральные нефте- и газотрубопроводы общей протяженностью около 600 тыс.км. Аварии магистральных трубопроводов (МТ) обычно являются причинами больших экологических разрушений и экономических потерь. Для исключения аварий трубопроводов налажен их мониторинг с помощью средств, как наружного, так и внутреннего наблюдения и обслуживания их состояния. В частности, созданы внутритрубные инспектирующие снаряды (ВИС), которые позволяют с помощью магнитных, ультразвуковых и других методов обнаруживать дефекты.

Для снижения затрат на ремонт трубопровода требуется знание положения его дефектов на местности с погрешностью, соизмеримой с шириной ковша землеройных машин (1 м). Точные пространственные координаты трубопроводов необходимы и для решения вопросов землепользования: составления кадастров, подготовки проектной документации на строительство вблизи охранной зоны и др. Привязка дефектов трасс МТ (особенно многониточных) к карте местности позволяет выявлять пространственно обусловленные факторы их развития, более эффективно прогнозировать техническое состояние МТ и планировать ремонтно-восстановительные работы [1].

Метод наземного позиционирования трасс МТ с помощью геодезического оборудования с применением GPS-технологий [2,3] обеспечивает высокую точность определения пространственных координат съемочных точек на трассе МТ. Последующая совместная обработка результатов геодезического позиционирования и внутритрубной диагностики (ВТД) позволяет рассчитать на основе метода линейной интерполяции пространственные координаты дефектов и невидимых с поверхности элементов МТ, при этом для обеспечения требуемой точности их пространственного позиционирования необходимо сгущать съемочные точки на изгибах МТ. Следует отметить достаточно большую трудоемкость и стоимость геодезического позиционирования МТ, особенно в заболоченной местности, на подводных переходах и т.п.

Новым современным направлением в решении задач позиционирования трасс и дефектов МТ является интеграция методов и средств геодезического позиционирования и подземной навигации.

Коллективом ЗАО «Газприборавтоматикасервис» и ученых Саратовского государственного технического университета в 2000 году первыми в России разработан и создан навигационно-топографический комплекс СИТ 1000/1200. Основу его составляет ВИС коррозионного типа, на котором установлена бесплатформенная инерциальная система ориентации (БИСО), комплексируемая с одометром и DGPS наземного позиционирования элементов, связанных с МТ [4-10]. В составе аппаратного модуля навигационно-топографического комплекса используется продукция ведущих фирм-производителей современного электронного оборудования и приборостроения. В настоящее время введены в эксплуатацию комплексы СИТ в составе средств ВТД для диаметров трубопроводов от 325 до 1420мм.

Рис.1. Средства внутритрубной диагностики ЗАО «Газприборавтоматикасервис»

Ведется интенсивная работа по подготовке подобных ВИС для малых диаметров МТ.

Технология позиционирования трасс и дефектных мест магистральных трубопроводов с помощью навигационно-топографического комплекса состоит в следующем. Внутритрубный инспектирующий снаряд с БИСО пропускается по магистральному трубопроводу (МТ) в потоке транспортируемого продукта. Сигналы БИСО, одометра и магнитной системы, опознающей моменты прохождения маркеров и линейных объектов, регистрируются бортовым компьютером. Координаты маркеров определяются во время полевых работ с помощью приемников геодезического класса спутниковых навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС). Обработка всех данных реализуется апостериорно, комплексно на основе применения современных математических методов: фильтрация Калмана, вейвлет-анализ и др., что позволяет оценивать и компенсировать как погрешности инерциальных датчиков, так и одометрической системы, а также исключить грубые ошибки, связанные с неверной идентификацией положения маркеров при полевых геодезических работах.

Навигационно-топографический комплекс СИТ позволяет решать задачи:

- определения пространственного положения действующего МТ, в том числе всех его технологических элементов (поперечные сварные швы, тройники, патроны, маркеры, линейные краны и др.), в согласованной с заказчиком системе координат:

- с дискретностью по дистанции не более 5 см.;
- с погрешностью (1σ) не более 50 см. (при расстоянии между маркерами не более 2 км);

- определения угловых геометрических параметров элементов МТ с погрешностью (1σ) не более 0.2, в том числе угол искривления или изгиба каждой трубы и угол искривления осевой МТ на каждом поперечном стыке.

При наличии данных предварительно проведенного коррозионного обследования определяются координаты всех дефектов обследованного участка МТ.

Для проведения одновременного комплексного (коррозионного и навигационно-топографического) обследования МТ используется снаряд СИТ-дефектоскоп. В этом случае с максимально высокой достоверностью идентифицируются всей особенности МТ на основе анализа множественной информации, полученной разнородными измерительными системами (см. рис.2).

По данным внутритрубного коррозионного и навигационно-топографического обследований с помощью специальных программных средств ЗАО «Газприборавтоматикасервис» формируется отчет на бумажном и электронном носителях. К отчету прилагается электронная версия отчета и цифровая карты местности с трассой МТ (ситуационная карта).

Рис.2. Совместная обработка разнородной информации, полученной ВИС комплекса СИТ: по данным магнитной и навигационной систем идентифицируются и определяются параметры: а) изогнутых участков МТ

Электронная версия отчета содержит реляционную базу данных, позволяющую эффективно осуществлять анализ всех данных обследования с применением методов выборки (фильтрации) и сортировки, а также выводить сформированные отчеты в Excel-таблицы.

б) косых стыков

На цифровой карте местности с трассой МТ отображаются результаты коррозионного и навигационного обследований МТ. Карта местности с трассой МТ и все результаты коррозионного и навигационно-топографического обследования заносятся в память карманного переносного компьютера (КПК), который передается для оперативной работы сотрудникам ЛЭС. Такая информационно наполненная ГИС является мощным инструментом нового уровня, предназначенным для планирования и анализа работ по ремонту и обслуживанию МТ (рис.3-рис.6). Дефекты геометрии трубы: эллипсность, наличие вмятин, гофр, «косых» стыков и крутоизогнутых участков - кроме снижения прочности, затрудняют мониторинг состояния трубопровода внутритрубными средствами дефектоскопии (ВСД): коррозионными, стресс-коррозионными и навигационно-топографическими снарядами. Поэтому такие параметры, как минимальные радиусы изгиба осевой линии, углы стыка двух соседних труб, нетехнологические изгибы отдельных труб жестко регламентируются соответствующими отраслевыми стандартами (см. рис.2, рис.7).

Контроль геометрии трубопроводов осуществляется с помощью внутритрубных профилемеров. В составе профилемеров ЗАО «Газприборавтоматикасервис» успешно используются инерциальные модули микромеханического типа, позволяющие при минимальных габаритах, массе и энергопотреблении надежно регистрировать участки МГ с недопустимо малыми радиусами кривизны.

За период 2002-2008 г.г комплексами СИТ обследовано более 3000 км газопроводов ДУ 1400, 1200, 1000, 700, 500, 420, 375, 325 мм ООО «Югтрансгаз», ООО «Томсктрансгаз», ООО «Тюменьтрансгаз», ООО Астраханьгазпром, ООО «Лентрансгаз», ООО «Кавказтрансгаз» и др. в том числе более 50 подводных переходов.

В ООО «Югтрансгаз» осуществлено пространственное позиционирование практически всех трасс магистральных газопроводов с помощью комплексов СИТ. В практику ремонтных работ ЛЭС широко внедрена технология разметки и изготовления элементов сложного профиля для ремонта дефектных участков на основе результатов навигационно-топографических обследований. Это позволило существенно повысить технологичность ремонтных работ, сокращая их сроки и стоимость.

Рис.3. Отображение пространственного положения многониточных подводных переходов МТ и их дефектов на электронной карте местности по данным навигационно-топографического комплекса СИТ

Рис.4. Пространственный анализ распределения дефектов многониточных трасс МТ по данным комплекса СИТ

Рис.5. Профиль многониточных подводных переходов МТ по данным навигационно-топографического комплекса СИТ

Рис. 6. Отображение параметров дефектов МТ на электронной карте

Рис. 7. Отображение параметров поворотов МТ на электронной карте

Выводы и рекомендации

Описана технология позиционирования трасс МТ и дефектных мест на основе интеграции спутниковой навигационной системы и внутритрубного навигационно-топографического комплекса СИТ. Эта технология позволяет быстро и с высокой точностью выполнять определение геометрических параметров и пространственного положения оси МТ, его технологических элементов и дефектов, а также осуществлять их мониторинг с помощью современных геоинформационных систем и технических средств. На основе данных СИТ о линейных и угловых параметрах элементов МТ повышается технологичность ремонтных работ на участках со сложным профилем и изгибами в плане.

Анализ составляющих погрешностей позиционирования МТ на основе применения внутритрубного навигационно-топографического комплекса СИТ показал, что:

в окрестности реперных точек с известными (измеренными другими средствами) координатами погрешности позиционирования будут практически определяться точностью координат реперных точек;

Наибольшие погрешности позиционирования будут в середине межреперного участка: при межреперном расстоянии равном 2 км составят с вероятностью 95% не более 1м, а при межреперном расстоянии равном 1 км - не более 0,5м (в том числе порядка 2..5 см погрешности GPS и 15..25 см погрешности трассоискателя при позиционировании маркеров).
Таким образом, погрешности позиционирования МТ на основе применения внутритрубного навигационно-топографического комплекса СИТ в несколько раз меньше указанных в требованиях отраслевого РД [11]. При этом координаты осевой МТ и всех его элементов определяются с дискретностью не более 5 см по дистанции, что исключает возможность больших ошибок даже на крутоизогнутых участках МТ.

На основе анализа опыта работ с газотранспортными предприятиями сделан вывод, что для более эффективного использования результатов обследований МТ навигационно-топографическими комплексами необходимо:

а) наличие маркшейдеров в составе персонала линейной
эксплуатационной службы (ЛЭС) или линейного производственного управления (ЛПУ);

б) наличие развитой ЛГС вдоль трассы МТ, в число точек которой кроме геодезических пунктов долговременного заложения нужно включить все наземные опознавательные знаки, КИКи, опоры ЛЭП и другие близлежащие ориентиры.

В этом случае определение на местности большинства точек МТ с известными по данным навигационно-топографического обследования координатами может быть осуществлено быстро и без снижения точности с использованием простого мерного инструмента: рулетки или лазерного дальномера. Для этого достаточно с помощью ГИС, в базу данных которой занесены координаты развитой ЛГС и результаты внутритрубного навигационно-топографического обследования, определить расстояния от близлежащих ориентиров до интересующей точки МТ и затем реконструировать данную точку на местности. При этом целесообразно использование локальной системы координат, что в известной степени обеспечивает защиту информации о точном положении МТ от несанкционированного использования и упрощает работу с соответствующими данными сотрудникам ЛЭС и ЛПУ.

Формирование базы данных с координатами маркеров, поперечных швов и других элементов МТ позволяет отказаться в дальнейшем от использования наземных реперов, осуществляя выход в заданную точку МТ по GPS-приемникам.

ЛИТЕРАТУРА

1. Имшенецкий С.П., Бочков В.Е. Пространственный анализ и выявление скрытых закономерностей распределения дефектов магистральных газопроводов ОАО «Газпром» с использованием данных геодезического позиционирования //Материалы Шестнадцатой Международной деловой встречи «Диагностика-2006» Том 1 - г.Сочи, 17-21 апреля 2006г. /М.: Изд-во ООО "ИРЦ Газпром", 2006, с.321-325.
2. Синицин С.С., Имшенецкий С.П. Геодезическое позиционирование объектов транспорта нефти и газа. Нефть и Газ, №1, 2004.
3. Бочков В.Е. Применение спутниковой навигации при определении местоположения дефектов линейной части магистральных газопроводов на основе геодезического позиционирования. Газовая промышленность, №3, 2005.
4. Патент РФ №2197714.. Система определения координат трассы подземного трубопровода //П.К.Плотников, А.И.Синев, В.Б.Никишин, А.П.Рамзаев. - 2003
5. Патент РФ № 2207512. Навигационно-топографический внутритрубный инспектирующий снаряд// А.И. Синев, П.К. Плотников, А.П. Рамзаев, В.Б. Никишин. - 2003.
6. Применение БИСОН и СНС для позиционирования трассы подземного трубопровода //П.К.Плотников, А.И.Синев, В.Б.Никишин, А.П.Рамзаев. - IX Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. (27-29 мая, 2002).- С.62-64.
7. Применение внутритрубных диагностических снарядов и навигационно-топографических комплексов для повышения безопасности магистральных трубопроводов //П.К.Плотников, А.И.Синев, В.Б.Никишин и др. - /Безопасность труда в промышленности. 2003.- №4. С.28-33.
8. Синев А.И., Никишин В.Б., Богданов А.Б. Технология определения пространственного положения магистральных газопроводов и координатная привязка дефектов средствами внутритрубной дефектоскопии //Материалы НТС ОАО"Газпром. Том 2 - г.Ухта, ООО "Севергазпром", 28-30 октября 2003г. /М.: Изд-во ООО "ИРЦ Газпром", 2004, с.67-71
9. Развитие метода решения задач подземной навигации //П.К.Плотников, В.Б.Никишин, А.И.Синев и др., - XШ Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. (29-31 мая, 2006).- С.326-347.
10. Технология позиционирования трасс и дефектных мест магистральных трубопроводов с помощью внутритрубных навигационно-топографических комплексов. // Никишин В.Б., Синев А.И., Плотников П.К., Чигирев П.Г., Ульянов А.В. - XШ Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. (29-31 мая, 2006).- С.283-290.
11. Временные технические требования к диагностическому оборудованию для внутритрубной дефектоскопии. Р ГАЗПРОМ 2007. - www.gazprom.ru/documents/tt_vtd_pig.pdf