CN106499911A - 一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气输送管道清理领域，具体涉及一种基于单轴磁通门磁异常检测的埋地油气输送管线清管器通球工况监测与卡堵精确定位方法。具体实现方法是在清管器上安装永磁铁组，通过安装在地表处的弱磁检测仪监测磁场波动用于判断清管器是否正常通过；当清管器卡堵时，使用弱磁检测仪阵列沿管线卡堵段搜寻定位清管器位置对其指导挖掘。本发明中通球监测与卡堵定位实现方法容易操作，使用成本低廉，能够有效避免造成环境污染和影响员工健康，定位快速精准，经济效益显著。
Description
技术领域
本发明属于油气输送管道清理领域，具体涉及一种基于单轴磁通门磁异常检测的埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法。
背景技术
大型埋地油气输送管线在长期输油输气过程中会结蜡、生锈形成聚合物及生成水合物等影响正常的油气输送，因此必须对管道进行定期清理。目前所采用的清管器一般由气体推动，具有较高前进速度，清管工况较难监测。目前在清管器通球监测与卡堵监测方面，主要有放射性同位素法，压力差法，机械法，声学法，磁脉冲信号发射法及永磁法等多种方法；同位素法对环境存在着污染，已经摒弃，机械法较为复杂，压力差法与声学法在精度上有很大缺陷；目前磁脉冲信号发射法是清管器定位系统的主流方式，磁脉冲是穿透钢管的有效可行方法，并且该方式相对成熟，具有定位精度高的优点，容易区分来自管道环境内的其它信号。但当前的电磁式发射机存在一定的缺陷，主要是由于发射机的功率较小，易受到周边环境（高压线、高铁等）的干扰；同时，磁脉冲发射源必须使用较大电能作为能源供应，该信号源不仅增加了监测设备成本而且容易发生故障而失效。永磁法是使用永磁铁作为磁源通过检测磁场波动判断清管器通管情况的一种监测方法，目前该方法使用巨磁阻传感器连接在管道上实现通球监测，无法实现埋地管线较远距离通球监测，且清管器卡堵后该方法未能解决清管器卡堵定位的问题。因此寻找一种经济、有效、能够进行遥感检测，且具有较高精度的清管器通球监测与卡堵定位方法对大型埋地油气输送管道运营维护有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有问题，提供了一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法。
本发明通过以下技术方案实现一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，通过监测磁场波动判断清管器通球工况；清管器卡堵后，通过磁异常探测极值点分布进行清管器磁精确定位，通球的监测方法包括以下内容：
（1）将永磁铁组呈中心放射状安装在预发射的清管器上，放射状分布永磁铁相邻外端磁极相反，对以永磁铁作为磁源引起的磁异常进行监测；
（2）将单轴磁通门弱磁检测仪每隔一定距离安装在油气输送管道上方地表处；
（3）在清管器发射后使用弱磁检测仪监测各个通球监测点磁场波动，并将检测数据实时上传至上位机；
（4）由上位机设定程序判断清管器是否在预定时间段内通过监测点：如果监测到清管器在预定时间内经过了全部监测点，则给出清管器清管成功的提示；如果监测到清管器发生卡堵，在读取发生卡堵的管道区段，通过弱磁检测仪阵列探测地表平面磁异常分布对卡堵位置进行精确定位；
其中，所述通过弱磁检测仪阵列探测地表平面磁异常分布对卡堵位置的精确定位方法包括以下步骤：
1）当清管器未能正常通过监测点时，将多个弱磁检测仪安装在磁异常探测支架上组成弱磁检测仪阵列，该阵列为直线阵列；
2）依据监测方法中所确定的卡堵管道区段，使用弱磁检测仪阵列沿管线搜寻，在磁异常探测平面上，使用磁异常分布平面上不在同一直线上的4到6个极值点连线确定清管器卡堵的定位区间，使用到各个极值点距离的和最小的点作为清管器卡堵的定位点。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（1）中永磁铁组包括6-12个条形永磁铁，条形永磁铁呈中心放射状安装在铝金属固定圆盘上，将圆盘固定安装在与清管器后端，放射状安装的条形永磁铁外端相邻磁极相反。
作为对上述方案的进一步改进，所述通球监测与卡堵定位磁场异常探测时所用弱磁检测仪为相同的检测装置，弱磁检测仪磁场检测方向与清管器及永磁铁组所致磁异常最强时磁力线方向平行。
作为对上述方案的进一步改进，使用单轴磁通门弱磁传感器制作单轴磁通门弱磁检测仪。
作为对上述方案的进一步改进，所述步骤（3）中设置无清管器通过时的平静磁场作为检测阈值，将高于平静磁场日平均10nT的磁场波动作为检测到的有效信号用于判断清管器是否通过监测点。
作为对上述方案的进一步改进，上位机界面实时显示清管器即将通过的两个监测点及与其相应的预计时间，并记录已通过的监测点以及通过时间，根据监测结果给出清管成功或发生卡堵的提示。
作为对上述方案的进一步改进，所述监测结果以警报形式发出卡堵信号，警报形式包括文字警示、灯光警示和声音警示。
一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，所述弱磁检测仪阵列为：在清管器发生卡堵后，收集用于通球监测的单轴磁通门弱磁检测仪安装在磁异常探测支架上形成探测阵列，用于清管器上方磁异常探测。
本发明相比现有技术具有以下优点：
（1）采用永磁铁组作为磁源具有不必携带电池以及性能稳定的优点，根据大型油气输送管线埋深一般不超过5m，可以使用单轴磁通门弱磁传感器检测由永磁铁组及清管器引起的磁异常；
（2）多个条形永磁铁通过铝金属固定盘安装在清管器后端，由于放射状分布条形永磁铁外端磁极相反，能够得到最强磁场；放射状条形永磁铁分布能够减小清管器姿态对磁源有效性的影响，以获得最佳的磁源效果；
（3）通过设置无清管器通过时的平静磁场作为阈值，将高于日平静磁场平均值10nT的磁场波动作为检测到的有效信号用于判断清管器是否通过监测点，通过上位机监控实现远程监控和控制，方便操作，便于及时处理异常信息；
（4）在清管器发生卡堵后，收集弱磁检测仪安装在磁异常探测支架上组成直线阵列，通过在磁异常探测平面上监测到的多个极值点确定定位区间，以到各个极值点距离的和最小的点作为清管器卡堵的定位点，实现精确定位；
（5）本发明中通球监测与卡堵定位方法容易操作，使用成本低廉，能够有效避免造成环境污染和影响员工健康，定位快速精准，经济效益显著。
附图说明
图1是本发明提供的永磁铁组安装及弱磁检测仪分布图。
图2是本发明具体实施时由6个条形永磁铁组成的磁源结构图。
图3大型油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法流程图。
图4通球实验磁异常波动检测数据曲线。
图5清管器卡堵定位探测面磁异常分布模拟图。
其中，1-土壤，2-埋地输送管线，3-清管器，4-放射状永磁铁组磁源，5-磁力线，6-弱磁检测仪，7-信号连接线，8-监测计算机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实验及模拟结果，对本发明具体实施方式做进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，在土壤1下设有埋地输送管线2，清管器3设于埋地输送管线2内，清管器3工作过程中，6个长12cm直径为5cm的圆柱形的铝铁硼强磁性永磁铁（表面磁感应强度大于1.5T），如图2所示以放射状固定排布在金属铝圆盘中组成放射状永磁铁组磁源4，该磁源安装在清管器3尾端随清管器前进；弱磁检测仪6使用单轴磁通门传感器作为磁场检测探头，弱磁检测仪6固定在塑料套筒中埋设在地表土壤1中，传感器磁场敏感方向与清管器3通过时磁场最大时的磁力线方向平行；弱磁检测仪6顶端距离地表约5cm，或者直接漏出地表。
设置无清管器通过时的日平静磁场平均值作为检测信号阈值，使用信号连接线7将检测到的大于磁场阈值10nT的磁场波动信号传输给监测计算机8用于判断是否有清管器3通过。
如说明书附图4所示为汽车拖动清管器通过磁阻传感器时检测到的磁异常数据实验曲线，实验过程中，弱磁检测仪距离管道顶端约为0.8m，使用汽车在距离清管器30m外由滑轮绕绳牵引清管器在管道中前进，前进速度约为3m/s，曲线表明清管器通过时存在明显的磁异常波动，该磁场波动有效的指示了清管器3通过了弱磁检测仪6。
如图5所示清管器卡堵时，使用弱磁检测仪阵列探测到的磁异常模拟分布图，磁异常分布模拟所采用的清管器结构及永磁铁安装与图1相同，磁异常分布模拟的探测平面距离管道轴线1.5m，清管器中心水平位置位于磁异常模拟分布图的中心水平位置，使用20个弱磁检测仪每隔15cm排列成直线阵列沿着卡堵段管线方向探测磁异常分布初步定为卡堵点后，再以垂直于管线方向探测磁异常。清管器3即处在磁异常探测平面4到6个磁异常极值点圈定区域的下方土壤1的埋地输送管线2中。进一步精确定位时，使用到极值点距离的和最小的点作为清管器卡堵定位点，用于定位清管器位置指导挖掘。
实施例2
一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，所述弱磁检测仪阵列为：在清管器发生卡堵后，收集用于通球检测的单轴磁通门弱磁检测仪安装在磁异常探测支架上形成探测阵列，用于清管器上方磁异常探测。
本实施例中直接收集用于通球检测的单轴磁通门弱磁检测仪安装在磁异常探测支架上形成探测阵列，使单轴磁通门弱磁检测仪得到重复利用，降低了仪器的准备成本。
本发明通过在清管器后端安装由永磁铁放射形排布组成的圆盘磁源，在清管器发射后，利用安装在地面的单轴磁通门弱磁检测仪来检测磁场波动，以此判断清管器是否正常通过监测点；当清管器发生卡堵后，首先利用弱磁波动监测点确定清管器所在的卡堵段位，然后收集弱磁检测仪安装在磁场测量支架上组成阵列，沿着管道卡堵段位探测地面磁异常极值分布，能够在距离管道较远距离的地表监测清管器通球情况，使用磁异常极值分布图像直观判断清管器卡堵位置；本方法装置结构较为简单，实施容易，使用成本较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于,在装有磁源的清管器发射后，利用安装在地面的单轴磁通门弱磁检测仪监测磁场波动，通过监测磁场波动判断清管器通球工况；清管器卡堵后，通过磁异常探测极值点分布进行清管器磁精确定位，通球的监测方法包括以下内容：
（1）将永磁铁组呈中心放射状安装在预发射的清管器上，放射状分布永磁铁相邻外端磁极相反，对以永磁铁作为磁源引起的磁异常进行监测；
（2）将单轴磁通门弱磁检测仪每隔一定距离安装在油气输送管道上方地表处；
（3）在清管器发射后使用弱磁检测仪监测各个通球监测点磁场波动，并将检测数据实时上传至上位机；
（4）由上位机设定程序判断清管器是否在预定时间段内通过监测点：如果监测到清管器在预定时间内经过了全部监测点，则给出清管器清管成功的提示；如果监测到清管器发生卡堵，在读取发生卡堵的管道区段，通过弱磁检测仪阵列探测地表平面磁异常分布对卡堵位置进行精确定位；
其中，所述通过弱磁检测仪阵列探测地表平面磁异常分布对卡堵位置的精确定位方法包括以下步骤：
1）当清管器未能正常通过监测点时，将多个弱磁检测仪安装在磁异常探测支架上组成弱磁检测仪阵列，该阵列为直线阵列；
2）依据监测方法中所确定的卡堵管道区段，使用弱磁检测仪阵列沿管线搜寻，在磁异常探测平面上，使用磁异常分布平面上不在同一直线上的4到6个极值点连线确定清管器卡堵的定位区间，使用到各个极值点距离的和最小的点作为清管器卡堵的定位点。
2.如权利要求1所述一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于，所述步骤（1）中永磁铁组包括6-12个条形永磁铁，条形永磁铁呈中心放射状安装在铝金属固定圆盘上，将圆盘固定安装在清管器后端。
3.如权利要求1所述一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于，所述通球监测与卡堵定位磁场异常探测时所用弱磁检测仪为相同的检测装置，弱磁检测仪磁场检测方向与清管器及永磁铁组所致异常最强时磁力线方向平行。
4.如权利要求3所述一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于，使用单轴磁通门弱磁传感器制作单轴磁通门弱磁检测仪。
5.如权利要求2或4所述一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于，所述步骤（3）中设置无清管器通过时的平静磁场作为检测阈值，将高于平静磁场日平均10nT的磁场波动作为检测到的有效信号用于判断清管器是否通过监测点。
6.如权利要求5所述一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于，上位机实时界面显示即将通过两个监测点与其相应的预计时间段，并记录已通过的点以及通过时间，根据检测结果给出清管成功或发生卡堵的提示。
7.如权利要求6所述一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于，所述检测结果以警报形式发出卡堵信号，警报形式包括文字警示、灯光警示和声音警示。
8.一种埋地油气输送管线清管器磁异常通球监测与卡堵定位方法，其特征在于，所述弱磁检测仪阵列为：在清管器发生卡堵后，收集用于通球监测的单轴磁通门弱磁检测仪安装在磁异常探测支架上形成探测阵列，用于清管器上方磁异常探测。
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