В статье рассматриваются две технологии: воздушное лазерное сканирование и внутритрубная диагностика. Обе они имеют потенциал комплексного применения для целей мониторинга трубопроводов. Кратко рассмотрены особенности применения воздушного лазерного сканирования для определения планово-высотного положения трубопровода подземной прокладки. Рассмотрена компиляция данных воздушного лазерного сканирования и внутритрубной диагностики для повышения безаварийной эксплуатации.
Бесперебойная и безопасная эксплуатация трубопроводов является приоритетной политикой нефтегазодобывающих и транспортных компаний. Однако воздействие опасных геологических процессов на трубопроводы может привести к возникновению аварийных ситуаций. Согласно нормативной документации (действующей и обязательной для применения в целях выполнения требований технического регламента ФЗ №384), опасные геологические процессы, оказывающие негативное воздействие на трубопроводы, связаны с такими компонентами геологических опасностей, как растепление многолетнемерзлых грунтов, солифлюкция, эрозия, оползни, обвалы и т.д.
Необходимость контроля активизации и развития опасных геологических процессов для обеспечения безопасной эксплуатации прописаны в ФЗ №384 [1].
Мониторинг на трубопроводе проводится с целью обеспечения его безопасной эксплуатации. В рамках мониторинга с целью своевременного обнаружения или выявления изменений, которые могут привести к риску возникновения аварийной ситуации, выполняется контроль процессов, протекающих в грунтах, и отслеживание изменений в элементах конструкции.
Учитывая, что подземная прокладка трубопроводов на пересечённой местности сопряжена с нарушением естественных природных условий (изменение теплового режима и водного режима грунтов, потеря устойчивости склонов и т.д.), она сопровождается активизацией имеющихся геологических процессов или появлением новых. При этом различные опасные геологические процессы могут воздействовать как независимо, так и в совокупности, в том числе усиливая друг друга с точки зрения воздействия на три главных элемента трубопровода – труба, траншея, засыпка траншеи.
Таким образом, получение информации о состоянии поверхности в земельном отводе и состоянии трубопровода является очень важным.
Воздушное лазерное сканирование позволяет получить цифровую модель рельефа, передав детали, а эффективным способом контролирования технического состояния трубопровода специализированными средствами, позволяющими получить информацию о дефектах, является внутритрубная диагностика (ВТД).
Материалы, получаемые с пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов, подходят для изучения земной поверхности [2, 3]. Полученная статическая модель при соблюдении технологии [4] отображает не только детали рельефа (рис. 1), но и формы (конфигурацию и расположение) опасных геологических процессов [5].
Рис. 1. Цифровая модель рельефа
Информация, получаемая с цифровой модели рельефа (ЦМР) с помощью дешифрирования, упрощает задачу контроля появления и активизации опасных геологических процессов, которые могут негативно влиять на безаварийность эксплуатирующихся сооружений. Следовательно, в мониторинг входит дешифрирование, как его неотъемлемая часть, позволяющая получать качественные и количественные характеристики [5, 6, 7, 8].
Дешифрирование, как метод включает в себя:
Рис. 2. Цифровая модель рельефа с выделенными зонами опасных геологических процессов. 1 – термоэрозия; 2 – полигонально-жильные льды; 3 – солифлюкция
Воздушное лазерное сканирование, как и любая технология, имеет ограничения к использованию. В данном случае это сезонность, погодные условия, наличие снежного покрова и т.п. Эти ограничения не позволяют проводить сканирование качественно. Учитывая, что важной составляющей мониторинга при помощи ВЛС являются структурно-текстурные особенности, как геологических процессов, так и природно-технической системы в целом, важно проводить работы в период отсутствия снега. При этом современные сканеры имеют большое количество точек лазерных отражений (ТЛО), до 80 точек на 1 м. кв., по этой причине листва древесной растительности не является ограничением для сканирования в отличие от оборудования предыдущего поколения.
Необходимо понимание применимости ВЛС для мониторинга трубопроводов по отношению показателей:
Рассматривая плюсы и минусы ВЛС и классических геодезических методов по выше перечисленным показателям, представленным в таблице 1, можно сделать вывод о том, что ВЛС является высокоинформативным и, относительно классических геодезических методов, более быстрым. Однако немаловажен тот факт, что классические геодезические методы обладают высокой точностью определения координат точки в пространстве, составляющие первые миллиметры (1-2 мм), а ВЛС на данном этапе развития способен выдавать абсолютную погрешность в условиях близких к идеальным первые сантиметры (от 4-5 см.).
Таблица 1. Сравнение методов ВЛС и классических геодезических наблюдений
Рис. 3. Цифровая модель рельефа, проведение мониторинга линейных сооружений по данным ЦАФС и ВЛС надземной и подземной прокладки
Технология проведения мониторинга с применением ВЛС состоит из:
Принимая во внимание, что при каждом ВЛС формируется статическая модель с показателями, необходимо формировать динамические модели для анализа.
Динамическая модель представляет собой ряд последовательных пролетов во времени позволяющая получить прогрессирование процесса во времени с определением смещения в точках защемления трубопровода, оборудованных опознавательными устройствами.
Следовательно, динамическая модель – это не что иное, как выстраивание статических моделей во временном ряду [13].
Главные различия статических моделей и динамических моделей состоят в том, что составная часть дешифрирования (декодирование ОГП) производится только по статическим моделям, а интерпретация присуща как статическим, так и динамическим моделям.
При проведении анализа на статических моделях помимо ОГП определяется положение трубопровода подземной прокладки по устройствам определения планово-высотного положения трубопровода по прямым признакам. Метод фиксирования высотного положения трубопровода представлен на рисунке 4.
Рис. 4. Цифровая модель рельефа. Определение положения подземной части трубопровода по устройству определения планово-высотного положения
Однако применения одного метода определения положения трубопровода в пространстве не достаточно. Опираясь лишь на точечные измерения произвести расчет НДС трубопровода с высокой достоверностью нет возможности. Объединив две технологии – ВЛС и ВТД – получаем высокоинформативный способ проведения мониторинга. ВЛС для мониторинга является средством получения информации о дневной поверхности грунтов, протекания процессов как на земной поверхности, так и в грунтах (по прямым и косвенным признакам – например, образование просадок, появление блюдец и провалов за счет растепления грунтов).
ВТД является методом неразрушающего контроля для диагностики состояния трубопровода [14, 15]. Учитывая, что большая протяженность трубопроводов и распределительных сетей не позволяет производить непрерывное приборное освидетельствование как напряженного состояния в теле труб, так и сохранности изоляционных покрытий в процессе эксплуатации, сочетание методов ВЛС и ВТД является перспективной методикой проведения мониторинга на трубопроводах (рис. 5).
Рис. 5. Схема проведения мониторинга на основе ВЛС и ВТД. 1. летательный аппарат с ВЛС и фотокамерой; 2. сканирующий луч; 3. устройство определения планово-высотного положения трубопровода; 4. грунты; 5. линза высоко льдистых грунтов; 6. хомут крепления устройства определения планово-высотного положения трубопровода; 7. трубопровод; 8. прибор для проведения ВТД; 9. зона растепления грунтов
Обнаружение дефектов трубопровода необходимо увязывать с их местоположением [14, 15]. Отсюда, помимо фиксирования роликами прохождения снаряда по трубе, специальные датчики определяют хомуты крепления устройств определения планово-высотного положения к трубопроводу. Сочетание измерений проходки снаряда (ВТД) производится как по количеству оборотов ролика, так и по стационарным точкам (хомутам крепления устройств определения планово-высотного положения) тем самым увеличивая надёжность измерения расстояний. Установленные устройства определения планово-высотного положения на трубопроводе делят его на секции, что упрощает ведение технической документации, в том числе в цифровом виде (геоинформационная система с данными о мониторинге и техническом состоянии трубопровода).
Применение технологий ВЛС и ВТД в комплексе при проведении мониторинга формирует новую методику этих работ. Компилирование данных ВЛС и ВТД позволяет оценить природно-техническую систему в целом. Последние исследования в применимости ВЛС для мониторинга показывают погрешность от 3 см в надире 90 град. (М.Ю. Баборыкин, А.А. Бурцев, доклад на XIV Международной научно-практической конференции «Новые идеи в науках о Земле», МГРИ – 2019). Согласно ГОСТ Р 55999-2014 «Внутритрубное техническое диагностирование газопроводов. Общие требования», таблица А.7, погрешность определения расстояния по продольной оси от маркера (расстояние между маркерами 2000 м) составляет ±0,2%.
Исходя из выше сказанного, ВЛС и ВТД являются дополняющими друг друга технологиями в мониторинге трубопроводов, позволяющими обеспечить безаварийную эксплуатацию.
наверх
Поделиться
Поделиться
Скопировать ссылку
Оформить подписку