Проблема надежной эксплуатации магистральных газопроводов затрагивает интересы всех крупнейших нефтяных и газовых компаний мира. В Российской Федерации функционируют магистральные нефте- и газотрубопроводы общей протяженностью свыше 600 тыс.км. Аварии магистральных трубопроводов (МТ) обычно являются причинами больших экологических разрушений и экономических потерь. Для исключения аварий трубопроводов в нефтегазовой отрасли налажен их периодический мониторинг с помощью широкого спектра технических средств, как наружного, так и внутреннего наблюдения их состояния. При этом общепризнано, что внутритрубные инспектирующие снаряды (ВИС) позволяют с наибольшей эффективностью обнаруживать коррозионные поражения, механические повреждения и отклонения от строительных норм.
Уровень безопасности и надежности трубопровода определяется не только состоянием металла труб и сварных соединений, но и уровнем его напряженно-деформированного состояния. Известно, что максимальное количество отказов и аварий на подземных трубопроводах происходят в начальный период их эксплуатации – другими словами, в период, когда уложенные в землю трубы испытывают наибольшие перемещения, связанные с осадкой грунтов и восстановлением нарушенных при строительстве водотоков. Контроль таких перемещений, их мониторинг, позволяет выявлять наиболее опасные места и своевременно принимать необходимые меры. Особенно актуальна эта проблема для новых трубопроводов, проложенных в гористой местности или местности с нестабильным тектоническим состоянием, а также на участках с большой неоднородностью плотности грунта при сезонных колебаниях температуры.
Для снижения затрат на ремонт МТ 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.
Метод наземного позиционирования трасс МТ с помощью геодезического оборудования с применением GPS/ГЛОНАСС-технологий 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 Земли 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 других труднодоступных участках. А обнаружить локальные перемещения и изменения кривизны участков МТ средствами наземного позиционирования практически невозможно.
Новым направлением в решении задач позиционирования трасс и дефектов МТ является интеграция методов и средств геодезического позиционирования и подземной навигации. ЗАО «Газприборавтоматикасервис» с 2000 года первыми в России стали оснащать ВИС собственного производства инерциальными измерительными модулями (ИИМ), измеряющими с высокой точностью параметры углового и поступательного движения ВИС во время коррозионного, стресс-коррозионного или профильного обследования МТ.
Технология позиционирования трасс и дефектных мест магистральных трубопроводов с помощью навигационно-топографического комплекса состоит в следующем. ВИС с ИММ пропускается по МТ в потоке транспортируемого продукта. Сигналы ИММ, одометра и 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. Таким образом, в ходе камеральной комплексной обработки всей собранной информации для каждого момента времени обследования с дискретностью 5 мс (не более 5 см по дистанции) определяются ориентация и пространственные координаты ВИС, а, следовательно, и соответствующих участков осевой линии МТ.
В настоящее время ЗАО «Газприборавтоматикасервис» введены в эксплуатацию навигацинно-топографические комплексы в составе средств ВТД для диаметров трубопроводов от 325 до 1420мм.
Рис. 1. Средства внутритрубной диагностики ЗАО «Газприборавтоматикасервис»
Таб.1. Основные технические параметры системы позиционирования и регистрации искривления и локальных смещений МТ
Сотрудниками ЗАО «Газприборавтоматикасервис» разработан комплекс оригинального математического и программного обеспечения обработки данных ВТД. Совместный анализ сигналов магнитной системы или системы профильных датчиков и результатов пространственного позиционирования повышают достоверность идентификации особенностей МТ.
Рис. 2 Идентификация изгибов в программе «Крот» Рис.3 Два локальных изгиба на одной трубе
Рис.4 Идентификация углового смещения («косого» стыка) в программе «Крот»
Возможности идентификации локальных смещений с заявленной выше точностью подтверждают результаты двухкратных пропусков ВИС по подводным переходам. Как видно из приведенных графиков (см. рис.5) разность определяемых высотных координат, как правило, не превышает 5 см.
Рис.5 Профиль подводного перехода по данным двух пропусков ВИС
Совместно с ООО «ЭКОНГинжиниринг» было проведено сопоставления результатов позиционирования ряда подводных переходов ВИС и средствами приборного обследования. Результаты сопоставления показали, что использование навигационно-топографических комплексов в составе средств ВТД позволяют более достоверно определить планово-высотное положение трубопроводов, проложенных через крупные реки и водохранилища, где ширина створа в межень составляет более 1 км, глубина более 10 м и измерения с помощью электромагнитных трассоискателей не дают определенную нормативами точность результатов.
Рис.6 Профиль подводного перехода по данным приборного обследования и ВИС.
Максимальная точность результатов пространственного позиционирования достигается при использовании геодезической привязки к Государственным геодезическим пунктам и использованием в качестве маркеров в русловой части оголенных участков труб, выявленных в результате гидролокационной съемки.
Кроме того, съемка дна, проведенная одновременно с внутритрубной диагностикой позволяет представить более достоверное заключение о техническом состоянии подводных трубопроводов. Такие результаты могут быть использованы при капитальном ремонте для определения точных объемов подводно-технических работ.
Совместный анализ результатов приборного обследования перехода и внутритрубной диагностики каждой нитки диктует необходимость сопоставления местоположения дефектов, обнаруженных в результате внутритрубной диагностики, с оголенными участками труб и отремонтированными грунтозаполненными контейнерами, с целью выявления зависимости возникновения дефектов трубы и воздействия на нее руслового процесса и нагрузок от сооружений гидротехнической защиты.
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).
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.
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.7).
Авторами разработанной технологии получено более 20 патентов на изобретение, а также золотая медаль и диплом 1-ой степени на V Саратовском салоне инноваций и изобретений. Навигационно-топографические комплексы в 2003 г. успешно прошли отраслевые испытания, что отмечено Комиссией ОАО «Газпром» 15.10.2003
За период 2002-2010 г.г навигационно-топографическими комплексами ЗАО «Газприборавтоматикасервис» обследовано более 4000 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 60 подводных переходов.
Рис.7 Отображение пространственного положения многониточных подводных переходов МТ и их дефектов на электронной карте местности по данным навигационно-топографического комплекса
Заключение
Обследование МТ навигационно-топографическими комплексами ВТД ЗАО «Газприборавтоматикасервис» с геодезическим сопровождением позволяет:
• определять с высокой точностью пространственное положение МТ и его элементов;
• повысить эффективность ремонтно-восстановительных работ за счет:
• высокоточной привязки к местности дефектных участков трубопровода;
• подготовки для замены элементов трубопровода с известными по данным внутритрубной диагностики (ВТД) параметрами искривления;
• определять на подводных переходах участки недопустимого размыва грунта над МТ (при наличии информации о рельефе дна);
• определять локальные и в том числе сезонные смещения трубопровода, связанные с осадкой грунтов и оползневыми процессами, а также миграцию трубопровода, которая может происходить на подводных переходах, как в пойме, так и на оголенных участках в русле (по данным повторных обследований).
RSS
Реклама
