Способ прогнозирования местоположения течей в трубопроводах

 

Использование: в области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для экспрессного прогнозирования местоположения течей в трубопроводной обвязке нефтяных и газовых коммуникаций нефтяных месторождений. Сущность изобретения: прогнозирование местоположения течей в трубопроводе осуществляют путем измерения над трубопроводом его характеристических параметров, фиксируют промежуточные значения параметров на дискретных участках в процессе перемещения датчиков вдоль оси трубопровода и по максимальному значению модуля градиента первого характеристического параметра определяют местоположение прогнозируемой течи в трубопроводе, а по относительному изменению второго характеристического параметра идентифицируют вид и размеры дефекта. 1 ил.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для экспрессного прогнозирования местоположения течей в трубопроводной обвязке нефтяных и газовых коммуникаций нефтяных месторождений.

При длительной эксплуатации нефтепровода в полевых условиях месторождения под действием различного рода стохастических возмущений в материале трубопровода происходят структурные изменения, которые могут вызвать недопустимую деформацию трубопроводной обвязки и, как следствие этого, нарушение сплошности материала с образованием локализованных течей.

Известен способ неразрушающего контроля качества деталей из конструкционных сталей, основанный на изменении силы тока размагничивания, соответствующей коэрцитивной силе детали, в обмотке приставного электромагнита при магнитном потоке, проходящем через деталь, равном нулю [1] К недостаткам способа следует отнести низкую эффективность, точность и экспрессность прогнозирования местоположения течей в трубопроводе вследствие отсутствия возможности необходимого промагничивания стенок пространственно-распределенной системы трубопровода на значительных расстояниях.

Известен также способ определения глубины поверхностных трещин в стальных изделиях, основанный на контактном измерении разности потенциалов по сторонам трещины при пропускании через изделие электрического тока [2] который выбран нами за прототип.

К недостаткам способа следует отнести низкую экспрессность и точность определения местоположения трещины в трубопроводе вследствие отсутствия возможности снятия гидроизоляции с трубопровода в рабочем состоянии для измерения необходимой контактной разности потенциалов по сторонам поверхностной трещины.

Целью изобретения является повышение точности, экспрессности измерений и эффективности прогнозирования.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что прогнозирование местоположения течей в трубопроводе осуществляют путем измерения над трубопроводом его характеристических параметров, фиксируют промежуточные значения параметров на дискретных участках в процессе перемещения датчиков вдоль оси трубопровода, при этом в качестве характеристических параметров выбирают градиент α горизонтальной составляющей напряженности собственного магнитного поля трубопровода, ориентированной вдоль его оси, и отношение b вертикальной и горизонтальной составляющих магнитного поля, измеряют модули характеристических параметров, сравнивают их изменения на границах дискретных участков и по максимальному значению модуля градиента определяют местоположения прогнозируемой течи в трубопроводе, а по отношению составляющих напряженности собственного магнитного поля трубопровода идентифицируют вид и размеры дефекта.

Достижение указанной цели предлагаемым техническим решением обусловлено тем, что под действием механических возмущений в материале трубопровода индуцируется собственное магнитное поле, амплитуда которого зависит от величины стационарного и пульсирующего давлений рабочей жидкости в трубопроводе.

Под действием вибраций доменная структура материала изменяется почти синхронно с приложенными возмущениями, при этом чем сильнее деформируется структура материала, тем выше крутизна нарастания напряженности магнитного поля в области расположения дефекта.

Физическая сущность образования магнитного поля под действием импульсных механических нагружений основана на образовании виртуальных доменов материала благодаря движению стенок Блоха. Экспериментально установлено, что пульсации давления коррелируют с вибрациями материала с коэффициентом корреляции k_xy=0,64.

При снятии нагрузки стенки доменов возвращаются в исходное состояние, если не нарушены упругие свойства материала, а количество доменов возвращается к исходному значению (виртуальные домены исчезают), при этом материал разрушается тогда, когда размер домена становится равным размеру зерна материала.

Спектральная плотность мощности процесса разрушения материала описывается соотношением где нормированная спектральная плотность мощности разрушения материала трубопровода: нормированная спектральная плотность мощности входного возмущающего сигнала (вибраций): k² квадрат коэффициента усиления домена обследуемого материала; ω² квадрат круговой частоты вибраций в спектре входного возмущающего сигнала; δS² квадрат изменения площади домена материала.

Материал разрушается при значении спектральной плотности мощности , что имеет место при развитии низкочастотных вибраций (ω²_→0), большой амплитуде вибраций и изменении площади домена (δS²_→0).

Использование магнитных откликов материала позволяет повысить эффективность прогноза по способу по сравнению с прототипом вследствие того, что отклики дают информацию о дефектном участке материала трубопровода, в квадрате раз превышающую информацию откликов нормальных участков материала трубопровода.

Более высокая точность определения местоположения дефектной области трубопровода предлагаемым техническим решением по сравнению с прототипом достигается за счет использования нелинейного изменения градиента напряженности магнитного поля с высокой скоростью нарастания.

Экспериментально установлено, что скорость нарастания единичного магнитного отклика нормально функционирующего материала составляет ≈10^-3 с, а дефектного материала ≈10^-6 с.

Более высокая экспрессность определения местоположения дефектной области трубопровода по предлагаемому техническому решению по сравнению с прототипом достигается за счет возможности непрерывного перемещения датчиков по трубопроводу в режиме нормального функционирования нефтепровода без нарушения гидроизоляции.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить точность, экспрессность и эффективность прогнозирования местоположения течей в трубопроводной обвязке нефтяных и газовых коммуникаций по сравнению с прототипом и, следовательно, соответствует критерию "существенные отличия".

Предложенное техническое решение обладает существенными отличиями, так как не обнаружено технических решений с совокупностью признаков отличительной части формулы.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом и состоит в том, что составляющие напряженности магнитного поля трубопровода нефтепровода фиксируются блоком датчиков 1, сигналы которых преобразуются блоками отношений 2 и 3, блоком разности 4 и регистрируются цифровыми индикаторами 5, 6 и 7. Согласно способу прогнозирования местоположения течей в трубопроводе блок датчиков магнитного поля последовательно перемещают над трубопроводом и производят регистрацию откликов напряженности магнитного поля с помощью датчиков, ориентированных вдоль образующей трубопровода H_г1 и H_г2, и датчиков, ориентированных перпендикулярно образующей трубопровода H_в1 и H_в2.

Измеряют отношения вертикальных H_в1, H_в2 и горизонтальных составляющих напряженности собственного магнитного поля трубопровода β₁= H_в1/H_г1 и β₂=H_в2/H_г2. Полученные отношения β₁ и β₂ сравнивают с соответствующими уставками β₁₀ и β₂₀, полученными из предварительных тестовых измерений структурного состояния трубопровода с нарушением сплошности материала и фиксируют превышения над уставками индикаторами 5 и 7.

Измеряют градиент напряженности горизонтальных составляющих собственного магнитного поля трубопровода
ΔΗ = H_г1-H_г2= α
и сравнивают значение полученной разности с уставкой α_o, определенной из предварительных тестовых измерений по оценке местоположения прогнозируемой течи в трубопроводе.

В случае превышения β₁≥ β₁₀, β₂≥ β₂₀ и α≥α_o срабатывает световая и звуковая сигнализация превышения параметров над уставкой и фиксируют на трубопроводе местоположение наиболее вероятной прогнозируемой течи и идентифицируют вероятный вид дефекта и его размеры.

Технико-экономические преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом характеризуются повышением экспрессности, эффективности и точности прогнозирования наиболее вероятного местоположения течи, вероятного типа дефекта и геометрических размеров скрытого дефекта.

Формула изобретения

Способ прогнозирования местоположения течей в трубопроводе, включающий измерение над трубопроводом его характеристических параметров, фиксацию промежуточных значений параметров на дискретных участках в процессе перемещения датчиков вдоль оси трубопровода, отличающийся тем, что в качестве характеристических параметров используют градиент горизонтальной составляющей напряженности собственного магнитного поля трубопровода α ориентированной вдоль его оси, и отношение вертикальной и горизонтальной составляющих магнитного поля b измеряют модули характеристических параметров трубопроводов, сравнивают их изменения на границах дискретных участков и по максимальному значению модуля градиента определяют местоположение прогнозируемой течи в трубопроводе, а по модулю отношений составляющих напряженности собственного магнитного поля трубопровода идентифицируют вид и размеры дефекта.

РИСУНКИ

Рисунок 1