2 Автоматизированный контроль трубопровода

2.1 Дистанционный контроль состояния трубопроводов

Рисунок 2.1. Вид нефтяных накопителей

с транспортировкой нефти по трубопроводу

Транспортировка нефти и газа по магистральным трубопроводам вызывает необходимость в обеспечении надежной работы трубопроводных систем. Внештатные ситуации на линейных объектах нефтегазовой отрасли. могут нанести не только большой экономический ущерб из-за потерь продукта и нарушения непрерывного процесса производства в смежных отраслях, но могут сопровождаться загрязнением окружающей среды, возникновением пожаров и даже быть угрозой жизни людей. При транспортировке больших объемов нефти и газа высокого давления необходимо обеспечивать надежность магистральных трубопроводов.

Естественное старение трубопроводов и в связи с этим значительное повышение требований к их экологической безопасности - характерные особенности условий работы трубопроводного транспорта. Эти моменты и определяют основные направления совершенствования системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций в отрасли. К одному из таких направлений относят внедрение систем мониторинга технического состояния магистральных трубопроводов и их объектов.

Процессы взаимодействия газопроводов и нефтепроводов с окружающей средой идут на больших территориях. Оперативно оценить их масштабы и состояние можно лишь на основе применения дистанционных, в первую очередь, аэрокосмических методов, позволяющих получать принципиально новую по качеству и полноте информацию не только в контрольных точках, но, что особенно важно, по всей трассе в целом.

Аэро и космосъемка местности применяется как для непрерывного одновременного контроля над загрязнением природной среды (земной поверхности, водных акваторий и приземной атмосферы), так и для контроля технического состояния объектов на всём протяжении тысячекилометровых водных и наземных нефтяных и газовых трасс. Кроме того, данные дистанционного мониторинга дают возможность оперативно выявлять и точно определять координаты неожиданно случающихся крупных аварий на нефте- и газопроводах, зон опасного проявления стихийных природных процессов, которые могут привести к таким авариям, а также отслеживать и прогнозировать чреватые разрывами магистральных трубопроводов медленные однонаправленные геодинамические деформации земной поверхности.

Среди основных задач, решаемых с помощью аэро- и космосъёмки, можно выделить следующие:

- выявление нарушений технического состояния объекта: разрывов, трещин, коррозийных зон, повреждений гидро- и теплоизоляции;

- контроль экологического состояния природной среды вдоль трассы магистрального трубопровода, выявление мест и объёмов подземных и наземных утечек углеводородов, областей загрязнений;

- анализ участков перехода трубопроводов через водные преграды, автодорожные и железнодорожные переходы;

- изучение активных разломов, трещиноватости и современных движений земной коры, их влияния на трубопровод, а также напряженно-деформационного состояния околотрубной среды;

- составление карт грунтов, зон подтоплений, обводнённых участков, областей засолений, коррозионно опасных сред, промерзающих и оттаивающих грунтов и др.;

- исследование современных экзогенных процессов (сели, оползни, обвалы и др.);

- ранжирование участков по степени опасности, выделение участков для первоочередного диагностического исследования.

Для повышения надёжности решения задач диагностики объектов целесообразно проводить их одновременное наблюдение с помощью нескольких видов съёмки, использующих специфические свойства излучений различными длинами волн и применяемых для мониторинга магистральных трубопроводов.

Видеосъёмка в видимом диапазоне спектра. Данный вид съёмки, производимый с помощью ТВ-камер, установленных на пилотируемые и беспилотные летательные аппараты, применяется для наиболее оперативного визуального исследования местности вдоль трассы трубопровода. По получаемому видеофайлу, не требующему специальной постобработки, можно за несколько минут просмотреть весь многокилометровый маршрут в хорошем качестве съемки.

Многоканальная съёмка цифровой фотокамерой. Важным природным фактором, вызывающим преждевременную коррозию и разрушение трубопроводов, является избыточная увлажнённость (подтопление) грунта. Наличие коррозии объекта может быть обнаружено специальной спектрометрической обработкой снимка по наличию спектральных компонентов оксидов железа. Избыточная увлажнённость хорошо фиксируется в коротковолновом участке видимого диапазона (0,4 – 0,5 мкм).

Кроме того, фотоснимки имеют неоспоримое преимущество по сравнению с обычной видеосъемкой ввиду более высокого разрешения - видео стандарт PAL поддерживает 720576 пикс, в то время как разрешение фотоснимка 51843456 пикс.

Инфракрасная съемка. Причинами возникновения температурных контрастов на земной поверхности, связанных с наличием магистральных трубопроводов и динамикой их состояния, являются различие в интенсивности поглощения солнечной радиации материалом самого зондируемого объекта и покрывающего его грунта, различие свойств грунта на трассе трубопровода или в районе расположения подземного хранилища по сравнению со смежными участками почвы, передача тепла от подповерхностного объекта поверхностному слою почвы и различие в характере растительности в районе расположения объекта техносферы.

Характерной особенностью спектрального излучения нефтепродуктов является повышенная излучательная способность в дальнем инфракрасном диапазоне, связанная с нагревом углеводородов под воздействием солнечной радиации.

Каждый из способов позволяет выявить различные свойства обследуемых объектов, комплексная обработка всей полученной первичной информации позволяет провести наиболее полную диагностику объекта и окружающей обстановки.

Возможность проведения всех вышеуказанных видов съемки за короткий промежуток времени в сочетании с минимальными финансовыми затратами на выполнение всех видов работ обеспечивают беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Методы дистанционной диагностики трубопровода с применением БПЛА являются, по сути, частным случаем современного развития аэрокосмических методов диагностики трубопроводных систем. Данная диагностика выполняется в три этапа:

а) этап предполетной подготовки, включающий в себя:

- изучение проектной, строительной, эксплуатационной документации на объекты обследования;

- решение вопросов подбора целевого оборудования и летательных аппаратов;

- калибровка и юстировка съемочного оборудования;

- подбор или создание картографической основы для полетных карт;

- разработка и согласование программы практических полетов.

б) этап натурных исследований, включающий в себя:

- решение организационных вопросов в эксплуатирующих подразделениях заказчика;

- выполнение наземной рекогносцировки, уточнение точек стартов;

- тестовые полеты БПЛА;

- выполнение различных видов цифровой аэрофотосъемки (фото-, видеосъёмка, съёмка тепловизором);

- получение и оперативная оценка качества получаемых результатов;

в) этап обработки данных, включающий в себя:

- систематизацию данных;

- интерпретацию телеметрической информации;

- геопространственную привязку и геометрическую коррекцию результатов съемки;

- дешифрирование полученных материалов, фотограмметрические измерения и обработка их результатов в ГИС программах для БПЛА;

- комплексный анализ данных предыдущих обследований, результатов выполненных работ, снимков ДЗЗ в фирменном программном продукте для анализа изображений с БПЛА Finco Piper с возможностью сетевого подключения пользователей;

- создание отчетных материалов в различных форматах, в том числе оцифровка снимков в программах MapInfo, Panorama, AutoCAD.

В процессе дистанционного мониторинга газо- и нефтепроводов могут быть выявлены дефекты следующих типов:

- участки отклонения глубины заложения трубопроводов от проектного значения с потерей устойчивости (всплывшие и оголенные участки);

- участки выхода труб на поверхность;

- участки обводнения трубы;

- места размыва и заболачивания;

- негативные природные факторы гидрогеологического генезиса (карстовые формы, подземные водотоки (перетоки), обводненные участки трассы);

- техногенные нарушения;

- разливы нефти, нефтепродуктов и подтоварной воды;

- места несанкционированных врезок;

- места несанкционированных действий третьими лицами на подконтрольных объектах;

- возгорания лесных массивов, торфяников в районах прохождения трубопроводов;

- места захламлений вдоль трассового проезда;

- места несанкционированного складирования строительных материалов и труб в охранных зонах;

- места нахождения посторонних лиц и транспортных средств в охранных зонах;

- повреждение земляного покрова, зарастание трасс трубопроводов древесно-кустарниковой растительностью, размыв и оголение трубопроводов, участков трубопроводов с непроектной глубиной заложения.

Надежность, сохранность и дальнейшее развитие трубопроводного транспорта и всей нефтегазовой отрасли в современном мире невозможно без применения дистанционного мониторинга с использованием, в частности, беспилотных летательных аппаратов, которые хорошо зарекомендовали себя на мировом рынке геоинформационных услуг и будут востребованы повсеместно ещё не одно десятилетие.

Для обеспечения надежности при транспортировке нефти от места добычи до потребителя необходимо использовать современные системы и способы диагностики и мониторинга.