RU2621219C1 - Method of identification of offsets of the axial line of pipeline - Google Patents
Method of identification of offsets of the axial line of pipeline Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621219C1 RU2621219C1 RU2016117423A RU2016117423A RU2621219C1 RU 2621219 C1 RU2621219 C1 RU 2621219C1 RU 2016117423 A RU2016117423 A RU 2016117423A RU 2016117423 A RU2016117423 A RU 2016117423A RU 2621219 C1 RU2621219 C1 RU 2621219C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- orientation
- passes
- axial line
- runway
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
- G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Способ относится к контрольно-измерительной технике, а именно к области контроля и диагностики трубопроводов, и предназначен для идентификации потенциально опасных участков трубопровода, на которых произошло отклонение осевой линии от первоначального положения, а также для оценки величин угловых смещений осевой линии трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскости с целью контроля напряженно-деформированного состояния.The method relates to measuring and control equipment, namely, to the field of monitoring and diagnostics of pipelines, and is intended to identify potentially dangerous sections of the pipeline on which the axial line deviated from its original position, as well as to evaluate the angular displacements of the axial line of the pipeline in vertical and horizontal plane in order to control the stress-strain state.
Уровень техники в данной области характеризуется следующими изобретениями.The prior art in this area is characterized by the following inventions.
Известен способ выявления потенциально аварийно-опасных участков на трассах газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением [1], который заключается в проведении микросейсмической съемки точно над трассой действующего газопровода, определении местоположения локальных участков трубопровода с аномально высокими уровнями интенсивности технологических и геодинамических вибраций.There is a method of identifying potentially accidentally hazardous sections on gas pipeline routes susceptible to stress corrosion cracking [1], which consists in conducting microseismic surveys exactly above the route of an existing gas pipeline, determining the location of local sections of the pipeline with abnormally high levels of intensity of technological and geodynamic vibrations.
Недостатком данного способа является низкая скорость обследования (1-2 км в день), практическая невозможность применения на труднодоступных участках трубопровода, а также на участках трубопроводов, проложенных по дну водоемов.The disadvantage of this method is the low speed of the survey (1-2 km per day), the practical impossibility of use in hard-to-reach sections of the pipeline, as well as in sections of pipelines laid along the bottom of reservoirs.
Известен способ мониторинга за опасными геодинамическими процессами [2], заключающийся в том, что на оползневом участке на определенном расстоянии друг от друга установлены реперы, по которым судят о направлении и скорости движения грунта. При этом реперы дополнительно оборудованы пластиковым цилиндром, который разделен на несколько герметичных частей, заполненных жидкостью и оборудованных датчиком давления, цилиндр уложен в грунт по всему периметру оползня.A known method of monitoring dangerous geodynamic processes [2], which consists in the fact that on the landslide site at a certain distance from each other installed benchmarks, which are used to judge the direction and speed of soil movement. In this case, the benchmarks are additionally equipped with a plastic cylinder, which is divided into several sealed parts, filled with liquid and equipped with a pressure sensor, the cylinder is laid in the ground around the entire landslide perimeter.
Недостатком этого способа является его применимость только на заранее известных потенциально опасных участках. Разместить измерительную систему, описываемую в данном способе, на всех трубопроводах затруднительно.The disadvantage of this method is its applicability only in previously known potentially dangerous areas. It is difficult to place the measuring system described in this method on all pipelines.
В универсальном диагностическом снаряде-дефектоскопе для контроля за состоянием трубопровода [3] введена секция навигационных и высотно-плановых отметок, представляющая собой герметичный корпус, внутри которого размещен навигационный модуль, включающий командный прибор с трехосным гиростабилизатором, цифровой вычислительный комплекс и блок регистрирующей аппаратуры. В изобретении предлагается определять положение трубопровода в пространстве, его изменение по сравнению с предыдущими замерами и выявлять опасные участки напряжения и деформации от внешних и внутренних воздействий на трубопровод по энергетической теории прочности.In the universal diagnostic projectile-flaw detector for monitoring the state of the pipeline [3], a section of navigation and altitude-planning marks has been introduced, which is a sealed enclosure, inside which a navigation module is located, including a command device with a three-axis gyrostabilizer, a digital computer complex and a recording equipment unit. The invention proposes to determine the position of the pipeline in space, its change compared to previous measurements and to identify dangerous areas of stress and strain from external and internal influences on the pipeline according to the energy theory of strength.
В этом техническом решении точность определения координат опасного сечения недостаточна из-за отсутствия информации о положении снаряда относительно трубопровода (в общем случае ось снаряда и трубопровода не совпадают из-за износа и деформации опорных элементов снаряда) и накопления во времени автономной инерциальной навигационной системой погрешностей определения координат.In this technical solution, the accuracy of determining the coordinates of the dangerous section is insufficient due to the lack of information about the position of the projectile relative to the pipeline (in the general case, the axis of the projectile and the pipeline do not coincide due to wear and deformation of the supporting elements of the projectile) and the accumulation in time of the autonomous inertial navigation system of determination errors coordinates.
Известна инерциальная мониторинговая система трубопроводов [4], которая реализует следующий способ:Known inertial monitoring system of pipelines [4], which implements the following method:
1) система проходит по трубопроводу и измеряет динамические характеристики несущих снарядов внутри трубопровода относительно инерциальной системы координат в пространстве данного трубопровода,1) the system passes through the pipeline and measures the dynamic characteristics of the supporting shells inside the pipeline relative to the inertial coordinate system in the space of this pipeline,
2) записывают внутри несущих средств цифровые сигналы измерений динамических характеристик.2) record the digital signals of measurements of dynamic characteristics inside the carrier means.
В качестве динамических характеристик измеряют: акселерометрами и гироскопами - кажущиеся ускорения и углы ориентации несущих средств по трем ортогональным направлениям; системой ультразвуковых датчиков - скорость и относительную ориентацию несущих средств в трубопроводе. Обнаруживают швы с помощью микрофона, аналоговые сигналы фильтруют, преобразуются в цифровые и калибруют динамические характеристики по швам трубопровода.As the dynamic characteristics are measured: accelerometers and gyroscopes - the apparent acceleration and orientation angles of the carrier means in three orthogonal directions; system of ultrasonic sensors - speed and relative orientation of the carrier means in the pipeline. The seams are detected using a microphone, the analog signals are filtered, converted to digital and the dynamic characteristics are calibrated along the seams of the pipeline.
Недостатком этого способа является низкая точность определения локальных смещений трубопроводов из-за ухода гироскопов.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining local displacements of pipelines due to the departure of gyroscopes.
Известен способ в устройстве для определения и регистрации геометрических параметров трубопроводов [5]. В этом изобретении реализован следующий способ:A known method in a device for determining and recording the geometric parameters of pipelines [5]. In this invention, the following method is implemented:
1) внутритрубный инспектирующий снаряд пропускают внутри трубопровода;1) an in-tube inspection projectile is passed inside the pipeline;
2) трехкомпонентным измерителем угловой скорости и трехкомпонентным измерителем кажущегося ускорения измеряются в системе координат, связанной с внутритрубным снарядом, три компонента абсолютной угловой скорости и три компонента кажущегося ускорения;2) with a three-component angular velocity meter and a three-component apparent acceleration meter, three components of the absolute angular velocity and three components of the apparent acceleration are measured in the coordinate system associated with the in-tube projectile;
3) одометром измеряют приращения пути снаряда, ультразвуковыми датчиками - его положение относительно стенок трубопровода;3) the odometer measures the increment of the projectile path, with ultrasonic sensors - its position relative to the walls of the pipeline;
4) результаты измерений записывают в памяти устройства вычислений и регистрации, а затем пересчитывают в текущие географические координаты местоположения снаряда и углы его ориентации, а также радиусы кривизны продольной оси трубопровода в вертикальной и горизонтальной плоскостях.4) the measurement results are recorded in the memory of the calculation and registration device, and then converted into the current geographical coordinates of the location of the projectile and the angles of its orientation, as well as the radii of curvature of the longitudinal axis of the pipeline in the vertical and horizontal planes.
Недостатком этого технического решения является отсутствие методики определения локальных смещений газопроводов, выявления и прогнозирования опасных участков трубопроводов, а также компенсации накапливающихся во времени погрешностей навигационной системы за счет коррекции от других систем.The disadvantage of this technical solution is the lack of a method for determining local displacements of gas pipelines, identifying and predicting hazardous sections of pipelines, and compensating for the accumulated over time errors of the navigation system due to correction from other systems.
Известен способ определения локальных участков магистральных трубопроводов с максимальной деформацией [6], в котором по результатам пропуска внутритрубного снаряда измеряют колебания трубы в районе камер запуска и приема, колебания снаряда в его неподвижном состоянии, определяют частоты и коэффициенты демпфирования в его неподвижном состоянии, а также пульсации давления газа; на дискретных частотах выявляют максимальные резонансные значения составляющих Фурье-разложения сигналов ускорения, обнаруживают частоты трех форм колебаний трубы на репрезентативных участках, выявленных по почвенным картам или по аэрокосмическим снимкам, определяют их положение на трассе магистрального газопровода и амплитуды колебаний. К недостаткам этого способа можно отнести следующее:There is a method of determining local sections of trunk pipelines with maximum deformation [6], in which, according to the results of an in-tube projectile, pipe vibrations in the region of the launch and reception chambers, projectile vibrations in its stationary state are measured, frequencies and damping coefficients in its stationary state are determined, and gas pressure pulsations; at discrete frequencies, the maximum resonance values of the components of the Fourier decomposition of the acceleration signals are detected, the frequencies of three pipe oscillation modes are detected in representative areas identified by soil maps or aerospace images, their position on the main gas pipeline route and the oscillation amplitudes are determined. The disadvantages of this method include the following:
• слабая чувствительность при малой разнородности грунта на участках трубопровода, подверженных изменению геометрии осевой линии;• low sensitivity with low heterogeneity of the soil in the pipeline sections subject to changes in the geometry of the center line;
• не учитывается существенная зависимость спектров измеряемых сигналов от скорости движения несущих снарядов и жесткости их манжет, от рельефа внутренней поверхности трубопровода.• does not take into account the significant dependence of the spectra of the measured signals on the velocity of the projectiles and the stiffness of their cuffs, on the relief of the inner surface of the pipeline.
Известен способ определения локальных смещений трубопроводов [7], в рамках которого осуществляют n пропусков внутритрубных инспектирующих снарядов, оснащенных бесплатформенной инерциальной системой ориентации и навигации, одометром и ультразвуковыми датчиками, по одному и тому же участку трубопровода в интервалы времени, характеризующиеся различными установившимися температурными и погодными условиями, определяют приращения всех измеренных параметров по отношению к соответствующим параметрам первого пропуска.There is a method of determining local displacements of pipelines [7], in the framework of which there are n passes of in-pipe inspection shells equipped with a strap-in inertial orientation and navigation system, an odometer and ultrasonic sensors, over the same section of the pipeline at time intervals characterized by different steady-state temperature and weather conditions, determine the increment of all measured parameters in relation to the corresponding parameters of the first pass.
Недостатком этого способа является необходимость измерения координат маркерных точек для решения задачи навигации.The disadvantage of this method is the need to measure the coordinates of marker points to solve the navigation problem.
Известно устройство диагностического комплекса для определения положения трубопровода и способ определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков диагностического комплекса для определения положения трубопровода [8], предназначенные для определения положения трубопровода в пространстве при эксплуатации и строительстве трубопроводов. Устройство состоит из аппаратной части: акселерометров, гироскопов и одометра, и программной части, при этом аппаратная часть установлена на внутритрубный инспекционный прибор и состоит из набора датчиков. Программная часть состоит из алгоритмов определения навигационных параметров в следующей последовательности: расчет линейной скорости, выставка, то есть определение положения в пространстве внутритрубного инспекционного прибора, расчет навигационных параметров, расчет радиусов изгиба трубопровода, коррекция траектории. Данные, полученные с аппаратной части, переписываются и расчет навигационных параметров производится с использованием программной части. При этом способ заключается в том, что данные, полученные с диагностического комплекса для определения положения трубопровода, располагают по таблицам и совмещают по дистанциям, и данные пропуска внутритрубного инспекционного прибора с установленной на нем аппаратной частью диагностического комплекса для определения положения трубопровода с более ранней датой считаются базовыми, а данные последующих пропусков сравниваются с базовыми, а критерием наличия перемещения трубопровода на инспектируемом участке является превышение модуля разностной кривизны заданного порогового значения.A known diagnostic complex device for determining the position of the pipeline and a method for determining the relative movement of the pipeline according to the results of two or more inspection passes of the diagnostic complex for determining the position of the pipeline [8], designed to determine the position of the pipeline in space during operation and construction of pipelines. The device consists of hardware: accelerometers, gyroscopes and odometer, and software, while the hardware is installed on the in-tube inspection device and consists of a set of sensors. The software part consists of algorithms for determining navigation parameters in the following sequence: calculation of linear velocity, exhibition, that is, determining the position in the space of an in-tube inspection device, calculation of navigation parameters, calculation of pipeline bending radii, and path correction. The data received from the hardware is overwritten and the navigation parameters are calculated using the software. The method consists in the fact that the data obtained from the diagnostic complex for determining the position of the pipeline are arranged according to the tables and combined over distances, and the pass data of the in-pipe inspection device with the hardware of the diagnostic complex installed on it for determining the position of the pipeline with an earlier date are considered basic, and the data of subsequent passes is compared with the basic, and the criterion for the presence of movement of the pipeline in the inspected section is the excess of the module difference curvature of a given threshold value.
К недостаткам способа определения локальных смещений трубопровода можно отнести следующее:The disadvantages of the method for determining local displacements of the pipeline include the following:
• необходимость точного измерения координат в маркерных точках, что является трудоемкой процедурой с большими материальными и временными затратами, особенно на участках трубопроводов, проложенных в труднопроходимых местах и по дну водоемов;• the need for accurate measurement of coordinates at marker points, which is a time-consuming procedure with large material and time costs, especially in sections of pipelines laid in difficult places and along the bottom of water bodies;
• не используется избыточность измерений дистанций при многократных пропусках внутритрубного инспекционного прибора по одному трубопроводу для компенсации одометрических погрешностей, которые могут приводить к недопустимым ошибкам позиционирования элементов трубопровода и оценивания разностной кривизны, особенно на участках с большим расстоянием между маркерными точками. Данное изобретение принимается за прототип.• the redundancy of distance measurements is not used for multiple passes of the in-pipe inspection device in one pipeline to compensate for odometric errors, which can lead to unacceptable errors in the positioning of pipeline elements and estimation of difference curvature, especially in areas with a large distance between marker points. This invention is taken as a prototype.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного способа идентификации локальных смещений трубопроводов и повышение точности их локализации по данным повторных инспекционных пропусков внутритрубных подвижных устройств (ВПУ), оснащенных бесплатформенным инерциальным измерительным модулем (БИИМ).The objective of the invention is to develop an effective method for identifying local displacements of pipelines and improving the accuracy of their localization according to repeated inspection passes of in-tube mobile devices (VPU) equipped with a strap-down inertial measuring module (BIIM).
Новым в предлагаемом способе является идентификация локальных смещений трубопроводов на основе выявления участков с угловым смещением осевой линии трубопровода по отклонениям оценок параметров ориентации осевой линии, формируемых по записям сигналов БИИМ при повторных пропусках ВПУ, от соответствующих оценок, полученных по данным опорного пропуска. При этом данные отклонения оценок параметров ориентации используют для организации коррекции при решении задачи ориентации по данным повторных пропусков ВПУ, что позволяет реализовать практически непрерывный по дистанции трубопровода алгоритм наблюдения за угловым смещением его осевой линии по отношению к ее положению в момент проведения опорного пропуска ВПУ. Кроме этого в предлагаемом способе точность определения параметров угловых смещений повышается за счет идентификации и компенсации отклонения продольной оси ВПУ от оси трубы во время пропуска по трубопроводу, а также используется избыточность информации по длинам одноименных труб, полученных по результатам всех пропусков, для коррекции дистанции в каждом из пропусков ВПУ с целью повышения точности локализации угловых смещений трубопровода.New in the proposed method is the identification of local displacements of pipelines based on identifying sections with an angular displacement of the axial line of the pipeline by deviations of the estimates of the axial line orientation parameters generated from the BIIM signal records during repeated passes of the runway from the corresponding estimates obtained from the reference pass data. In this case, the deviation estimates of the orientation parameters are used to organize the correction when solving the orientation problem according to the repeated passes of the runway, which allows implementing a practically continuous algorithm for observing the angular displacement of its axial line with respect to its position at the time of the runway pass pass. In addition, in the proposed method, the accuracy of determining the parameters of angular displacements is increased by identifying and compensating for the deviation of the longitudinal axis of the runway from the axis of the pipe during the passage through the pipeline, and also the redundancy of information on the lengths of the pipes of the same name obtained from the results of all passes is used to correct the distance in each from VPU passes in order to increase the accuracy of localization of the angular displacements of the pipeline.
Техническим результатом предлагаемого способа является получение актуальной информации о смещении участков трубопровода, повышение технологичности и точности определения локальных смещений участков трубопроводов для прогнозирования на них стресс-коррозии и оценки опасных механических напряжений, упрощение и удешевление технологии идентификации смещений трубопровода.The technical result of the proposed method is to obtain up-to-date information on the displacement of pipeline sections, to increase the manufacturability and accuracy of determining local displacements of pipeline sections for predicting stress corrosion and evaluating dangerous mechanical stresses on them, simplifying and cheapening the technology for identifying pipeline displacements.
Изобретение поясняется графическими материалами: фиг. 1 - результаты решения задачи ориентации осевой линии трубопровода, фиг. 2 - результаты решения задачи ориентации осевой линии трубопровода с компенсацией систематических погрешностей, фиг. 3 - невязка параметров ориентации осевой линии трубопровода по результатам повторных пропусков ВПУ, фиг. 4 - оценки угла курса осевой линии подводного перехода по результатам повторных обследований, фиг. 5 - план подводного перехода по результатам двух обследований, фиг. 6 - невязка параметров угла курса осевой линии трубопровода по результатам повторных пропусков ВПУ, фиг. 7 - участок плана подводного перехода с моделью смещения, фиг. 8 - оценки углов курса по результатам двух пропусков и с моделью смещения трубопровода, фиг. 9 - разность оценок параметров ориентации осевой линии трубопровода по результатам повторных пропусков ВПУ при моделировании локального смещения участка трубопровода.The invention is illustrated by graphic materials: FIG. 1 - results of solving the problem of orientation of the axial line of the pipeline, FIG. 2 - results of solving the problem of orientation of the axial line of the pipeline with compensation for systematic errors, FIG. 3 - the discrepancy of the orientation parameters of the axial line of the pipeline according to the results of repeated passes VPU, FIG. 4 - estimates of the angle of the center line of the underwater transition based on the results of repeated surveys, FIG. 5 is a plan of the underwater passage according to the results of two surveys, FIG. 6 - the discrepancy of the parameters of the angle of the axial line of the pipeline according to the results of repeated passes VPU, FIG. 7 is a section of an underwater transition plan with a displacement model, FIG. 8 shows course angle estimates based on the results of two passes and with a model of pipeline displacement, FIG. 9 - the difference in the estimates of the orientation parameters of the axial line of the pipeline according to the results of repeated passes of the VPU when modeling the local displacement of the pipeline section.
Способ идентификации смещений трубопровода реализуется следующим образом.A method for identifying pipeline offsets is implemented as follows.
На внешней поверхности ВПУ размещают 2 пояса по N измерителей радиального расстояния от наружной поверхности термоконтейнера ВПУ до внутренней поверхности трубы. По одному и тому же участку трубопровода осуществляют два и более инспекционных пропуска ВПУ в интервалы времени, характеризующиеся различными установившимися температурными и погодными условиями. В ходе каждого из двух и более инспекционных пропусков ВПУ по всей длине трассы трубопровода производится с частотой не менее 100 Гц запись в память бортового компьютера сигналов измерителей радиального расстояния, сигналов БИИМ о трех компонентах вектора абсолютной угловой скорости и трех компонентах вектора кажущегося ускорения, а также сигналы одометра о приращении дистанции ВПУ.On the outer surface of the
Обработку данной информации осуществляют в следующей последовательности.The processing of this information is carried out in the following sequence.
Сначала определяют начальную ориентацию ВПУ и оценивают нулевые сигналы БИИМ по каналам угловой скорости. Затем масштабные коэффициенты одометров калибруют на основе сравнения приращений одометрических дистанций для каждого из пропусков на определенном участке трубопроводаFirst, determine the initial orientation of the runway and evaluate the zero signals BIIM channels of angular velocity. Then, the odometer scale factors are calibrated based on a comparison of the odometer distance increments for each of the gaps in a specific section of the pipeline
, ,
где: j - номер пропуска ВПУ; ΔS - длина участка трубопровода, например, по опорному пропуску; ΔSj - длина участка трубопровода по данным повторных пропусков. По сигналам измерителей радиального расстояния определяют угловое смещение продольной оси ВПУ относительно оси трубы для каждого такта измерения в каждом инспекционном пропуске. По результатам каждого из пропусков с учетом углового смещения оси ВПУ и откалиброванных масштабных коэффициентов одометров определяют ориентацию осевой линии трубопровода, а также определяют стыки труб и вычисляют длины труб.where: j is the pass number of the runway; ΔS is the length of the pipeline section, for example, along the reference pass; ΔS j is the length of the pipeline section according to repeated passes. The signals of the radial distance meters determine the angular displacement of the longitudinal axis of the runway relative to the axis of the pipe for each measurement step in each inspection pass. Based on the results of each of the passes, taking into account the angular displacement of the axis of the runway and the calibrated scale factors of the odometers, the orientation of the axial line of the pipeline is determined, as well as the joints of the pipes and the lengths of the pipes are calculated.
При этом ориентацию определяют в ходе решения дифференциальных корректируемых кинематических уравнений ориентации:In this case, the orientation is determined in the course of solving differential correctable kinematic equations of orientation:
где: - вектор или матрица оценок состояния, в данном случае - оценок параметров ориентации ВПУ (вектор углов Крылова-Эйлера (ψ, θ, γ), вектор параметров Родрига-Гамильтона, матрица направляющих косинусов); ω - оценка вектора угловой скорости ВПУ относительно сопровождающего горизонтного трехгранника, формируемая на основе сигналов датчиков угловой скорости БИИМ;Where: - a vector or matrix of state estimates, in this case, estimates of the VPU orientation parameters (Krylov-Euler angle vector (ψ, θ, γ), Rodrigue-Hamilton parameter vector, guide cosine matrix); ω is the estimate of the VPU angular velocity vector relative to the accompanying horizontal trihedron, formed on the basis of the signals of the BIIM angular velocity sensors;
z - вектор или матрица измерений, т.е. «быстрых» оценок параметров ориентации относительно истинной вертикали, формируемых на основе сигналов датчиков линейных ускорений БИИМ; относительно меридиана - только при неподвижном ВПУ (начальная выставка, остановка) на основе метода гирокомпасирования;z is a vector or matrix of measurements, i.e. “Quick” estimates of the orientation parameters relative to the true vertical, formed on the basis of the signals of the linear acceleration sensors BIIM; relative to the meridian - only with a fixed runway (initial exhibition, stop) based on the gyrocompassing method;
F(ω, α) - матричная функция, отражающая связь компонент вектора угловых скоростей, параметров ориентации и их производных;F (ω, α) is a matrix function that reflects the relationship between the components of the angular velocity vector, orientation parameters and their derivatives;
Н - матрица измерения, связывающая состояние и измерение;H is a measurement matrix linking the state and measurement;
K - матрица коэффициентов коррекции;K is the matrix of correction factors;
ψT, θT - параметры ориентации оси трубы,ψ T , θ T are the orientation parameters of the pipe axis,
βψ, βθ - оценки углов между осевой линией внутритрубного устройства и осевой линией трубопровода в плоскости горизонта и в вертикальной плоскости, соответственно, формируемые на основе пересчета оценок углового смещения продольной оси ВПУ по сигналам измерителей радиального расстояния с учетом оценок параметров ориентации ВПУ.β ψ , β θ - estimates of the angles between the axial line of the in-tube device and the axial line of the pipeline in the horizontal plane and in the vertical plane, respectively, formed on the basis of the conversion of the estimates of the angular displacement of the longitudinal axis of the runway from the signals of the radial distance meters taking into account the estimates of the orientation parameters of the runway.
По результатам анализа измерений длины одноименных труб, определенных по данным всех пропусков, определяют наличие грубых промахов в измерениях и исключают их из дальнейшей обработки, в оставшемся наборе данных для каждой одноименной трубы выбирают максимальный результат измерения длины трубы, записи дистанций всех пропусков уточняют с учетом максимального измерения длины одноименных труб при помощи коэффициентов одометра, соответствующих одноименным трубам:According to the results of the analysis of measurements of the length of the pipes of the same name, determined by the data of all gaps, the presence of gross blunders in the measurements is determined and excluded from further processing, in the remaining data set for each pipe of the same name, the maximum result of measuring the pipe length is selected, the distance records of all the gaps are specified taking into account the maximum measuring the length of pipes of the same name using odometer coefficients corresponding to the pipes of the same name:
, ,
где: j - номер пропуска ВПУ;where: j is the pass number of the runway;
k - номер трубы;k is the pipe number;
- максимальная длина k-й трубы; - the maximum length of the k-th pipe;
- длина трубы. - pipe length.
Грубые промахи в оценках длин труб определяют, например, так: максимальная длина трубы принимается равной 13 м, значения оценок длин труб свыше 13 метров считают грубым промахом; при наличии 3 и более измерений длины одной и той же трубы определяют доверительный интервал измерений, выбрав уровень доверия, к примеру, 0.95, и считают грубым промахом значение, не входящее в доверительный интервал. Определяют параметры ориентации осевой линии трубопровода для каждого из пропусков ВПУ с учетом уточненных записей дистанции. Производят синхронизацию по дистанции параметров ориентации осевой линии для опорного и ведомого пропусков; для каждого такта записи ведомого пропуска определяют значения углов ориентации осевой линии трубопровода, полученных по опорному пропуску, например, методом интерполяции. Проводят идентификацию участков с угловым смещением осевой линии трубопровода на основе решения уравнений ориентации для данных ведомого пропуска с введением в обратную связь коррекции, сформированной на основе разности углов ориентации осевой линии трубопровода, определенным по записям опорного и ведомого пропусков, и выявления превышения этой разностью заданного порогового значения.Gross misses in pipe length estimates are determined, for example, as follows: the maximum pipe length is assumed to be 13 m, pipe length estimates over 13 meters are considered a gross slip; in the presence of 3 or more measurements of the length of one and the same pipe, the confidence interval of measurements is determined by choosing a confidence level, for example, 0.95, and a value that is not included in the confidence interval is considered a gross miss. The orientation parameters of the axial line of the pipeline are determined for each of the runway passes, taking into account the updated distance records. Synchronize the distance of the orientation parameters of the center line for the reference and slave passes; for each measure of the slave pass record, the values of the orientation angles of the axial line of the pipeline obtained from the reference pass, for example, by interpolation, are determined. Identify areas with an angular displacement of the axial line of the pipeline based on the solution of the orientation equations for the data of the slave pass with the introduction of feedback correction, based on the difference in the angles of orientation of the axial line of the pipeline, determined from the records of the reference and slave passes, and detecting if this difference exceeds a predetermined threshold values.
Для случая использования в качестве параметров ориентации углов Крылова-Эйлера математическая основа преобразования информации на данном этапе может быть представлена в виде:For the case of using the Krylov-Euler angles as orientation parameters, the mathematical basis of the information transformation at this stage can be represented as:
гдеWhere
ωх1, ωх2, ωх3 - оценки угловых скоростей ВИП;ω x1 , ω x2 , ω x3 - estimates of the angular velocities of the VIP;
kψ, kθ, kγ - коэффициенты коррекции;k ψ , k θ , k γ - correction factors;
- параметры ориентации оси трубы по опорному пропуску. - orientation parameters of the pipe axis along the reference pass.
Т.е. при идентифицируется наличие локального углового смещения оси трубопровода на текущей дистанции.Those. at the presence of a local angular displacement of the axis of the pipeline at the current distance is identified.
Следует отметить, что при наличии координатной привязки маркерных точек трубопровода, полученных, например, средствами наземного геодезического позиционирования, пространственные координаты выявленных участков с локальным смещением могут быть определены, как указано в аналоге [7] и прототипе [8].It should be noted that in the presence of coordinate reference of marker points of the pipeline obtained, for example, by means of ground-based geodetic positioning, the spatial coordinates of the identified sections with local displacement can be determined, as indicated in the analogue [7] and prototype [8].
Технология эксплуатации трубопроводов предусматривает регулярную периодическую очистку очистными поршнями (внутритрубными очистными устройствами). Так, к примеру, очистку нефтепроводов проводят до 3 раз в квартал в зависимости от свойств транспортируемой нефти [9], а периодичность очистки газопроводов варьируется от 1 раза в 5 лет (при проведении обязательной дефектоскопии) до нескольких раз в год в зависимости от их фактического гидравлического состояния [10]. Разместив бесплатформенный инерциальный измерительный модуль, одометр, измерители радиального расстояния, бортовой компьютер с запоминающим устройством и источник питания на внутритрубном очистном устройстве, который пропускают по трубопроводу в рамках регулярной очистки трубопровода, становится возможным отказаться от проведения дополнительных пропусков ВПУ, при этом упрощается и удешевляется технология идентификации потенциально опасных участков трубопровода за счет сокращения числа проводимых пропусков ВПУ; с другой стороны, по сравнению с частотой проведения дефектоскопии трубопровода, применение указанного оборудования на внутритрубном очистном устройстве в рамках обязательной регулярной очистки повышает частоту обследования геометрии осевой линии трубопровода, тем самым повышается актуальность информации о геометрии осевой линии трубопровода, в частности об угловых смещениях.The pipeline operation technology provides for regular periodic cleaning with cleaning pistons (in-pipe cleaning devices). So, for example, the cleaning of oil pipelines is carried out up to 3 times a quarter, depending on the properties of the oil being transported [9], and the frequency of cleaning gas pipelines varies from 1 time in 5 years (with mandatory flaw detection) to several times a year, depending on their actual hydraulic state [10]. By placing a strap-on inertial measuring module, an odometer, radial distance meters, an on-board computer with a storage device, and a power source on the in-pipe cleaning device, which are passed through the pipeline as part of the regular pipeline cleaning, it becomes possible to refuse to carry out additional passes of the runway, while the technology is simplified and cheaper identification of potentially hazardous sections of the pipeline by reducing the number of run-through passes; on the other hand, in comparison with the frequency of pipeline flaw detection, the use of this equipment on an in-line cleaning device as part of the mandatory regular cleaning increases the frequency of examination of the geometry of the axial line of the pipeline, thereby increasing the relevance of information about the geometry of the axial line of the pipeline, in particular about angular displacements.
Обоснование эффективности и апробация предлагаемого способаThe rationale for the effectiveness and testing of the proposed method
Границы участка, представляющего интерес для определения НДС, по методике, описанной в [11], успешно определяются при помощи предлагаемого способа. На фиг. 1 представлены графики оценок углов азимута и тангажа осевой линии участка подводного перехода по результатам обследований, проведенных в 2012 и 2014 году. За время между обследованиями был произведен ремонт трубопровода с заменой труб на участках 1450 м - 1670 м, 3050 м - 3470 м и 4400 м - 4850 м. Очевидно, что геометрия осевой линии трубопровода на отремонтированных участках отличается от своего исходного состояния.The boundaries of the site of interest for determining VAT, according to the method described in [11], are successfully determined using the proposed method. In FIG. Figure 1 shows graphs of estimates of the azimuth and pitch angles of the center line of the underwater transition section based on the results of surveys conducted in 2012 and 2014. During the time between the surveys, the pipeline was repaired and the pipes were replaced in the sections of 1450 m - 1670 m, 3050 m - 3470 m and 4400 m - 4850 m.It is obvious that the geometry of the axial line of the pipeline in the repaired sections differs from its initial state.
Используя предлагаемый способ, удается определить участки трубопровода с изменением геометрии осевой линии; в данном примере изменения вызваны заменой труб (фиг. 2, фиг. 3).Using the proposed method, it is possible to determine sections of the pipeline with a change in the geometry of the center line; in this example, changes are caused by the replacement of pipes (FIG. 2, FIG. 3).
Различия в геометрии осевой линии, вызванные заменой труб при ремонте трубопровода, во многом схожи с изменением геометрии осевой линии трубопровода при его отклонении от какого-либо исходного, в том числе проектного положения.The differences in the geometry of the axial line caused by the replacement of pipes during pipeline repair are in many respects similar to the changes in the geometry of the axial line of the pipeline when it deviates from any initial, including design, position.
Исследования эффективности предлагаемого способа проводились также методом полунатурного моделирования. Для этого на основе данных натурных пропусков ВПУ с БИИМ, проведенных с интервалом 1 день по одному и тому же подводному переходу, получены результаты решения задач ориентации и навигации для осевой линии трубопровода (фиг. 4, фиг. 5).Studies of the effectiveness of the proposed method were also carried out by the method of semi-natural modeling. For this, based on the data of full-scale passes of the VPU with BIIM, carried out at the same underwater passage with an interval of 1 day, the results of solving the problems of orientation and navigation for the axial line of the pipeline are obtained (Fig. 4, Fig. 5).
При этом не используется дополнительная информация в виде координат маркерных точек. После компенсации систематических ошибок ориентации разность углов курса не превышает 0.2 угловых градусов (фиг. 6).No additional information is used in the form of coordinates of marker points. After compensating for systematic orientation errors, the difference in the course angles does not exceed 0.2 angular degrees (Fig. 6).
Для дальнейшего исследования достижимой точности определения смещений трубопровода к одному из пропусков были добавлены модели четырех последовательных поворотов в горизонтальной плоскости, имитирующих частный случай угловых смещений трубопровода с образованием зон, в которых изменяется НДС. При моделировании были приняты исходные параметры поворотов - радиус поворота равен 500 диаметрам трубы, угол поворота 2 градуса. При этом смещение трассы в плане составило 2.7 метра (фиг. 7).To further investigate the achievable accuracy of determining the displacements of the pipeline, models of four consecutive turns in the horizontal plane were added to one of the passes, simulating a particular case of angular displacements of the pipeline with the formation of zones in which the VAT changes. When modeling, the initial parameters of the turns were adopted - the radius of rotation is 500 pipe diameters, the angle of rotation is 2 degrees. At the same time, the displacement of the route in the plan was 2.7 meters (Fig. 7).
На графике угла курса для пропуска 2 с моделью смещения при расчете с коррекцией по первому пропуску видны участки рассогласования с графиком угла курса по пропуску 1 (фиг. 8).On the graph of the heading angle for
В соответствии с предложенным способом по величине разности параметров ориентации осевой линии трубопровода идентифицируют участок, изменивший положение относительно исходного (фиг. 9).In accordance with the proposed method according to the magnitude of the difference in the orientation parameters of the axial line of the pipeline identify the area that has changed position relative to the original (Fig. 9).
Таким образом, показана эффективность предлагаемого способа для идентификации участков трубопровода с угловым смещением осевой линии. После определения границ участков, согласно [11], определяется кривизна осевой линии интересующего участка трубопровода. При этом предлагаемый способ предоставляет всю необходимую информацию для определения кривизны осевой линии трубопровода.Thus, the effectiveness of the proposed method for identifying sections of the pipeline with an angular displacement of the axial line is shown. After determining the boundaries of the sections, according to [11], the curvature of the axial line of the pipeline section of interest is determined. Moreover, the proposed method provides all the necessary information to determine the curvature of the axial line of the pipeline.
Источники информацииInformation sources
1. Пат. 2410723, Российская Федерация, МПК G01V 1/00. Способ выявления потенциально аварийно опасных участков на трассах газопроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением [Текст] / Маловичко А.А., Маловичко Д.А., Султангареев Р.Х., заявитель и патентообладатель Маловичко А.А. - N 2008131240/28, заявл. 28.07.2008; опубл. 10.02.2010. Бюл. №4.1. Pat. 2410723, Russian Federation,
2. Пат. 2467287, Российская Федерация, МПК G01C 15/04. Способ мониторинга за опасными геодинамическими процессами [Текст] / Баканов Ю.И., Сусликов С.П., Кобелева Н.И., заявитель и патентообладатель общество с ограниченной ответственностью «Газпром трансгаз Краснодар». - N2011107079/28, заявл. 24.02.2011; опубл. 27.08.2012, Бюл. №24.2. Pat. 2467287, Russian Federation, IPC G01C 15/04. Method for monitoring dangerous geodynamic processes [Text] / Bakanov Yu.I., Suslikov SP, Kobeleva NI, applicant and patent holder Gazprom Transgaz Krasnodar Limited Liability Company. - N2011107079 / 28, claimed 02/24/2011; publ. 08/27/2012, Bull. Number 24.
3. Пат. 2111453, Российская Федерация, МПК G01B 17/00, F17D 5/00, F16L 57/00. Универсальный диагностический снаряд-дефектоскоп для контроля за состоянием трубопровода [Текст] / Вайсберг П.М., Эмдин М.Ф., Гердов М.Г., заявитель и патентообладатель Центральный научно-исследовательский институт «Гидроприбор». - N93045454/28, заявл. 02.09.1993; опубл. 20.05.1998.3. Pat. 2111453, Russian Federation, IPC G01B 17/00,
4. Пат. 4945775, Соединенные Штаты Америки, МПК G01C 9/06. Трубопроводная мониторинговая система на основе инерциальных датчиков [Текст] / John R. Adams, Patrick S. Price, Jim W. Smith, заявитель и патентообладатель Pulsearch Consolidated Technology Ltd. - US 4945775 A, заявл. 7.07.1989, опубл. 7.06.1990.4. Pat. 4945775, United States of America, IPC G01C 9/06. Inertial Sensor Pipeline Monitoring System [Text] / John R. Adams, Patrick S. Price, Jim W. Smith, Applicant and Patent Holder Pulsearch Consolidated Technology Ltd. - US 4945775 A, claimed. 07/07/1989, publ. 06/06/1990.
5. Пат. 2102704, Российская Федерация, МПК G01В 17/02. Устройство для определения и регистрации геометрических параметров трубопроводов [Текст] / Плотников П.К., Бакурский Н.Н., Рамзаев А.П., заявитель и патентообладатель фирма «Саратовгазприборавтоматика».- N94029181/28, заявл. 03.08.1994; опубл. 20.01.1998.5. Pat. 2102704, Russian Federation, IPC G01B 17/02. A device for determining and recording the geometric parameters of pipelines [Text] / Plotnikov PK, Bakursky NN, Ramzaev AP, applicant and patentee firm "Saratovgazpriboravtomatika" .- N94029181 / 28, decl. 08/03/1994; publ. 01/20/1998.
6. Пат. 2272248, Российская Федерация, МПК G01B 17/02. Способ определения локальных участков магистральных трубопроводов с максимальной деформацией [Текст] / Синев А.И., Рамзаев А.П., Макаров В.З., заявитель и патентообладатель закрытое акционерное общество Газприборавтоматикасервис". - N2004120010/28, заявл. 30.06.2004; опубл. 20.03.2006, Бюл. №8.6. Pat. 2272248, Russian Federation, IPC G01B 17/02. The method for determining local sections of trunk pipelines with maximum deformation [Text] / Sinev A.I., Ramzaev A.P., Makarov V.Z., applicant and patent holder Closed Joint-Stock Company Gazpriboravtomatikaservis ". - N2004120010 / 28, declared. 30.06.2004 ; publ. March 20, 2006, Bull. No. 8.
7. Пат. 2206871, Российская Федерация МПК G01B 17/02, G01N 29/04. Способ определения локальных смещений магистральных трубопроводов [Текст] / Плотников П.К., Синев А.И., Рамзаев А.П., заявитель и патентообладатель Синев Андрей Иванович.- N2001122939/28, заявл. 14.08.2001; опубл. 20.06.2003, Бюл. №17.7. Pat. 2206871, Russian Federation IPC G01B 17/02, G01N 29/04. The method for determining the local displacements of the main pipelines [Text] / Plotnikov P.K., Sinev A.I., Ramzaev A.P., applicant and patentee Sinev Andrei Ivanovich.- N2001122939 / 28, decl. 08/14/2001; publ. 06/20/2003, Bull. Number 17.
8. Пат. 2558724, Российская Федерация МПК F17D 5/00. Устройство диагностического комплекса для определения положения трубопровода и способ определения относительного перемещения трубопровода по результатам двух и более инспекционных пропусков диагностического комплекса для определения положения трубопровода / Мирошник А.Д., Гурин С.Ф., Кирьянов М.Ю., заявитель и патентообладатель открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть"), акционерное общество "Транснефть-Диаскан" (АО "Транснефть-Диаскан"). - N2013155927/06, заявл. 17.12.2013; 27.06.2015, Бюл. №18.8. Pat. 2558724, Russian
9. Правила проведения обследований коррозионного состояния магистральных нефтепроводов [Текст]: ПР 13.02-74.30.90-КТН-003-1-00 - утв. ОАО "АК "Транснефть" 2000.11.03. г. - ГУП Издательство "Нефть и газ" №2003.9. Rules for conducting surveys of the corrosion state of main oil pipelines [Text]: PR 13.02-74.30.90-KTN-003-1-00 - approved. OAO AK Transneft November 2000, 2003 - State Unitary Enterprise Oil and Gas Publishing House No. 2003.
10. Правила эксплуатации магистральных газопроводов [Текст]: СТО Газпром 2-3.5-454-2010 - утв. ОАО «Газпром» 2010.05.24. - М: ОАО «Газпром».10. Rules for the operation of main gas pipelines [Text]: STO Gazprom 2-3.5-454-2010 - approved. OAO Gazprom 2010.05.24. - M: OAO Gazprom.
11. Рекомендации по оценке прочности и устойчивости эксплуаируемых МГ и трубопроводов КС [Текст]. - утв. 2006-11-24. - пос. Развилка Ленинский р-н. Московская обл., 2006. - 64 с.11. Recommendations for assessing the strength and stability of the operated gas pipelines and pipelines [Text]. - approved. 2006-11-24. - pos. Fork Leninsky district. Moscow Region, 2006 .-- 64 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117423A RU2621219C1 (en) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Method of identification of offsets of the axial line of pipeline |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016117423A RU2621219C1 (en) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Method of identification of offsets of the axial line of pipeline |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2621219C1 true RU2621219C1 (en) | 2017-06-01 |
Family
ID=59032517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016117423A RU2621219C1 (en) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | Method of identification of offsets of the axial line of pipeline |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2621219C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2102704C1 (en) * | 1994-08-03 | 1998-01-20 | Фирма "Саратовгазприборавтоматика" | Device for determining and recording of geometrical parameters of pipelines |
RU2111453C1 (en) * | 1993-09-02 | 1998-05-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор" | Multi-purpose diagnostic tool-flaw detector for checking pipeline for conditions |
RU2206871C2 (en) * | 2001-08-14 | 2003-06-20 | Синев Андрей Иванович | Procedure determining local displacement of trunk pipe- lines |
US20050076724A1 (en) * | 2003-10-10 | 2005-04-14 | Boudreaux Todd Gerard | Pipeline locator/coordinate mapping device |
CN102345796A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-08 | 中国石油天然气股份有限公司 | Method for monitoring oil-gas pipeline in mining subsidence area |
RU2558724C2 (en) * | 2013-12-17 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position |
-
2016
- 2016-05-04 RU RU2016117423A patent/RU2621219C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2111453C1 (en) * | 1993-09-02 | 1998-05-20 | Центральный научно-исследовательский институт "Гидроприбор" | Multi-purpose diagnostic tool-flaw detector for checking pipeline for conditions |
RU2102704C1 (en) * | 1994-08-03 | 1998-01-20 | Фирма "Саратовгазприборавтоматика" | Device for determining and recording of geometrical parameters of pipelines |
RU2206871C2 (en) * | 2001-08-14 | 2003-06-20 | Синев Андрей Иванович | Procedure determining local displacement of trunk pipe- lines |
US20050076724A1 (en) * | 2003-10-10 | 2005-04-14 | Boudreaux Todd Gerard | Pipeline locator/coordinate mapping device |
CN102345796A (en) * | 2010-07-28 | 2012-02-08 | 中国石油天然气股份有限公司 | Method for monitoring oil-gas pipeline in mining subsidence area |
RU2558724C2 (en) * | 2013-12-17 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2313757C (en) | Method and apparatus for determining location of characteristics of a pipeline | |
US8689653B2 (en) | Pipeline inspection apparatus and method using radio frequency identification and inertial navigation | |
CN107228662B (en) | Small-diameter pipeline positioning device and method based on pipeline connector | |
CN107654852B (en) | A kind of pipeline interior locating device and localization method detected based on duct section length and pipe jointer | |
RU2558724C2 (en) | Diagnostic complex for determination of pipeline position, and method for determining relative displacement of pipeline as per results of two and more inspection passes of diagnostic complex for determination of pipelines position | |
CN107218942B (en) | Small-diameter pipeline defect positioning device and positioning method based on fast orthogonal search algorithm | |
EP2820404B1 (en) | Fault detection for pipelines | |
US8841901B2 (en) | System and method for inspecting a subsea pipeline | |
US10976285B2 (en) | Pipeline mapping system | |
Li et al. | Technologies and application of pipeline centerline and bending strain of In-line inspection based on inertial navigation | |
CN113032380A (en) | Method, system and equipment for aligning internal and external detection data of pipeline | |
Yang et al. | Application of adaptive cubature Kalman filter to in-pipe survey system for 3D small-diameter pipeline mapping | |
CN107120532A (en) | Pipe jointer detection method based on fast orthogonal searching algorithm | |
CN107219335B (en) | Pipeline connector detection method based on complex continuous wavelet transform | |
RU2621219C1 (en) | Method of identification of offsets of the axial line of pipeline | |
RU2747385C1 (en) | Method for determining spatial location of pipeline | |
Han et al. | Development of inspection gauge system for gas pipeline | |
Kindree et al. | Defect localization using free-floating unconventional ILI tools without AGMs | |
RU2206871C2 (en) | Procedure determining local displacement of trunk pipe- lines | |
GB2570101A (en) | Survey system and method | |
Chen et al. | An improved robust initial alignment method under geographic latitude uncertainty and external vibration and shock scenarios | |
Yin et al. | High-precision Measuring System for Internal Deformation Monitoring Pipeline of Rockfill Dams: Design and Validation | |
Ehigiator-Irughe et al. | Distortion of oil and Gas infrastructure from Geomatics support view | |
RU2406018C2 (en) | Method for detection of longitudinal profile of drowned underground pipeline | |
Nikishin et al. | Technologies for positioning pipeline routes and defective places based on integrating intratubal and satellite navigation systems |