RU2632064C2 - Внутритрубный снаряд с измерительным диском (варианты) - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к устройствам для обследования проходного сечения линейной части трубопроводов и может быть использовано для определения местонахождения недопустимой для пропуска снаряда-профилемера аномалии. В состав конструкции внутритрубного снаряда вводится не менее одного калибровочного элемента из пластичного материала, на котором устанавливается не менее одного резистора изгиба. В другом варианте изобретения не менее одного резистора изгиба устанавливается в упругий элемент, который прикреплен к калибровочному элементу со стороны подачи напора в трубопроводе. Также во внутритрубный снаряд вводится блок регистрирующей аппаратуры, производящей измерение и запись показаний установленных резисторов. При прохождении сужения калибровочный элемент изгибается, также изгибаются резистор(ы) изгиба. В результате изгиба резистор(ы) изгиба изменяют свое сопротивление, что регистрируется аппаратурой. После извлечения снаряда полученные данные анализируются. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик устройства, повышение надежности его работы. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам для наблюдения и контроля за трубопроводным оборудованием, а именно к устройствам для обследования проходного сечения линейной части трубопроводов, главным образом магистральных и промысловых нефте-, газо- и продуктопроводов, и может быть использовано для определения местонахождения в трубопроводе недопустимой для пропуска снаряда-профилемера аномалии внутреннего диаметра трубопровода, выявленной по результатом пропуска внутритрубного снаряда с установленным калибровочным диском.

Известен поршень-разделитель внутритрубный, содержащий полый корпус, опорные диски или уплотнительные манжеты, калибровочные диски. После пропуска поршня-разделителя по результатам анализа калибровочного диска можно сделать вывод о пригодности трубопровода к пропуску инспекционного снаряда-профилемера. Однако недостатком данного устройства является то, что при наличии на калибровочном диске пластических деформаций, появившихся при прохождении поршня-разделителя через аномалию геометрии трубопровода, местонахождение аномалии остается неизвестным. Ситуация ухудшается тем, что по результатам анализа калибровочного диска, при наличии на диске существенных пластических деформаций, может быть принято решение о непригодности трубопровода к пропуску снаряда-профилемера до устранения аномалии геометрии трубопровода, местонахождение которой остается неизвестной. [1]. (1. Поршень-разделитель внутритрубный: пат. 33881 U1 Рос. Федерация: МПК В09В 9/04 Кононов В.Г., Поляков В.А., Шатьяков В.Я.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть», Открытое акционерное общество «Центр технической диагностики». - №2003113431/20; заявл. 13.05.2003; опубл. 20.11.2003.)

Известен шаблон внутритрубный, содержащий две соединенные между собой секции, манжеты, имитаторы одометров, спайдер, блок измерения проходного сечения трубопровода. Устройство может быть использовано для определения минимального проходного сечения трубопровода перед применением внутритрубных инспекционных снарядов, однако, недостаток этого устройства заключается в том, что оно не позволяет определить дистанцию зафиксированного оборудованием сужения. Также недостатком устройства является то, что оно имеет достаточно сложную и громоздкую конструкцию. [2]. (2. Шаблон внутритрубный: пат. 2509254 С2 Рос. Федерация: МПК F16L 55/26 Лисин Ю.В., Мирошник А.Д., Чернышов О.Г., Савин В.И., Поляков В.А., Янин А.А.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть», Открытое акционерное общество «Центр технической диагностики». - №2012105321/06; заявл. 16.02.2012; опубл. 27.08.2013.)

Известен внутритрубный снаряд, содержащий две соединенные между собой секции, манжеты, по крайней мере, один пояс чувствительных рычагов, установленных на корпусе по периметру в сечении трубопровода, датчики угла поворота чувствительных рычагов, средства измерений, обработки и хранения данных измерений, источник питания, подключенный к средствам измерений, обработки и хранения данных измерений. Недостатком данного известного устройства является сложность конструкции, а также существенное ограничение по проходимости оборудования внутри трубопровода. При наличии в трубопроводе аномалии геометрии трубопровода, превышающей определенное значение (обычно глубиной порядка 20% от наружного диаметра трубопровода), возникает большая вероятность застревания внутритрубного снаряда в трубопроводе, что может повлечь за собой огромные финансовые затраты. [3]. (3. Внутритрубный многоканальный профилемер: пат. 25218 U1 Рос. Федерация: МПК G01B 7/28 Зинин Г.А., Мирошник А.Д., Кузнецов В.В., Коноплев А.С.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Центр технической диагностики «Диаскан». - №2002109675/20; заявл. 17.04.2002; опубл. 20.09.2002.)

Известен внутритрубный снаряд с измерительным диском, расположенным в передней части корпуса. Диск неподвижно прикреплен к корпусу и имеет систему тензодатчиков, которые преобразуют деформации диска в электрические импульсы и систему регистрации данных, регистрирующих данные импульсы. Недостатком данного устройства является сложность производства и ремонта измерительного диска, отсутствие резервного копирования записанных данных, обеспечивающих возможность считывания записанных данных при выходе из строя электроники. Также недостатком является сложность интерпретации данных в результате наличия большого количества шумов и ложных сигналов, фиксируемых тензодатчиками, возникающих в результате воздействия вибрации, температуры, перепадов давления и прочих факторов. Расположение диска в передней части корпуса вызывает значительные деформации диска при прохождении стандартных особенностей трубопровода, например отводов. Выявленные деформации при прохождении стандартных особенностей трубопровода могут быть сопоставимы с деформациями диска, возникающими при прохождении аномалии внутреннего диаметра трубопровода. Данное обстоятельство затрудняет анализ записанных данных. [4]. (4. Pipeline pig having gauging plate: пат. 4227309 А США: МПК G01B 7/16, G01M 3/00 Trevor С.Jones; Заявитель и патентообладатель Underground Location Services Limited. - US 05/785,073; заявл. 06.04.1977; опубл. 14.10.1980.)

Известен внутритрубный снаряд с детектором вмятин. Устройство содержит два концентрических кольца. На наружном и внутреннем кольце содержатся электрические контакты. При деформировании внешнего диска радиально внутрь контакты замыкают электрическую цепь. Недостатком данного устройства является низкая надежность, а также пригодность оборудования только для определения незначительных аномалий поперечного сечения трубопровода. Значительные пластические деформации дисков, которые могут возникнуть при прохождении стандартных особенностей трубопровода (задвижки, отводы и пр.), могут уничтожить измерительную систему или, по крайней мере, привести к ее повреждению. [5]. (5. Pipeline limit dent detector: пат. 4091678 А США: МПК G01B 7/28, David Walter Potter; Заявитель и патентообладатель Trans Canada Pipelines Limited. - US 05/793,771; заявл. 4.05.1977; опубл. 30.05.1978.)

Известен внутритрубный снаряд для обнаружения препятствий в трубопроводе. В одном из вариантов изобретения на корпусе снаряда установлены два упругих дисковых элемента, примыкающих друг к другу через тонкую упругую прокладку. В одном дисковом элементе расположены магниты, равномерно распределенные по окружности, на другом, симметрично магнитам, установлены датчики Холла. При прохождении снарядом аномалии внутреннего диаметра между дисками образуется зазор, который фиксируется датчиками Холла. Недостатком данного устройства является низкая надежность работы, поскольку при движении по трубопроводу к магнитам будут примагничиваться различные металлические частицы и прочий ферромагнитный мусор, что может привести к потере полезной фиксируемой информации. Также недостатком является сложность сопоставления полученных сигналов с реальными размерами аномалии внутреннего диаметра, поскольку практически невозможно выявить зависимость между размером аномалии и величиной возникающего между дисками зазора, которая зависит от множества факторов: среды перекачиваемого продукта, динамики движения снаряда по трубопроводу и прочих факторов. [6]. (6. Pig for detecting an obstruction in a pipeline: пат. 6679129 B2 США: МПК F16L 55/38, Donald D. Savard; Заявитель и патентообладатель Donsa, Inc. - US 10/269,520; заявл. 11.10.2002; опубл. 20.01.2004.)

Известен также внутритрубный снаряд для обнаружения препятствий в трубопроводе. В одном из вариантов изобретения на упругом дисковом элементе установлены равномерно по окружности Г-образные рычаги, один конец каждого рычага закреплен на упругом элементе, а второй конец уходит в герметичный корпус, на конце рычага установлен магнит. На определенном расстоянии от магнитов установлены датчики Холла. При проезде снарядом аномалии внутреннего диаметра упругий элемент деформируется, а вместе с ним отклоняются рычаги, в результате чего расстояние между магнитами и датчиками Холла уменьшается, что фиксируется последним. Недостатками данного устройства является сложность конструктивного обеспечения герметичности корпуса, в котором находятся магниты и датчики Холла, поскольку часть рычага находится в рабочей среде, а часть в герметичном корпусе, то практически невозможно обеспечить герметизацию корпуса в районе оси вращения рычагов. Велика вероятность возникновения колебательных режимов движения рычагов, что может привести к записи недостоверных данных, также велика вероятность пластического деформирования рычагов в результате действия динамических нагрузок, возникающих при прохождении снарядом различных конструктивных элементов трубопровода, что может повредить и вывести из строя оборудование. В силу вышесказанного еще одним недостатком внутритрубного снаряда для обнаружения препятствий в трубопроводе является сложность в обработке записанной информации. [7]. (7. Pig for detecting an obstruction in a pipeline: пат.6857329 B2, США: МПК F16L 55/38, Donald D. Savard; Заявитель и патентообладатель Donsa, Inc. - US 09/899,906; заявл. 03.12.2003; опубл. 22.02.2005.)

Известен регистратор данных о трубопроводе, содержащий герметичный корпус с установленными внутри датчиками, измеряющими ускорение, давление, углы наклона, температуру. Устройство устанавливается в стандартные очистные внутритрубные снаряды вместо штатного трансмиттера (низкочастотного передатчика, который позволяет отслеживать прохождение внутритрубного снаряда по трубопроводу). Максимально допустимая частота записи данных составляет 4 Гц. При движении по трубопроводу прибор фиксирует следующие показания: среднюю температуру, абсолютное давление, минимально-средне-максимальное давление, среднее дифференциальное давление, минимально-средне-максимальное дифференциальное давление, угол наклона, вращение, нормальное ускорение, среднее ускорение по трем осям, минимально-средне-максимальное ускорение по трем осям. Анализируя полученные данные, можно выявить некоторые места с вероятным нахождением аномалий внутреннего диаметра, поскольку при прохождении аномалии за снарядом увеличивается давление, он наклоняется и по трем осям фиксируются различные ускорения. Недостатком данного устройства является сложность обработки инспекционных данных и точного выявления мест с вероятным местонахождением аномалий внутреннего диаметра трубопровода, поскольку физические характеристики численных данных (форма зафиксированных импульсов, амплитуда, частота), записанные оборудованием при прохождении аномалии, практически не отличается от физических характеристик данных, возникающих при прохождении конструктивных особенностей трубопровода или при возникновении нестационарных режимов движения внутритрубного снаряда и транспортируемого продукта. Также частота записи данных в 4 Гц является недостаточной, поскольку при прохождении аномалии геометрии внутритрубный снаряд может преодолеть ее менее чем за четверть секунды (в зависимости от скорости движения внутритрубного снаряда, размера и характера самой аномалии). Если по результатам анализа записанных данных и получается выявить места с вероятным наличием аномалии внутреннего диаметра, то таких мест зачастую бывает несколько. С целью подтверждения местонахождения аномалии необходимо обеспечить проведение, как минимум, визуального и измерительного контроля всех мест, выявленных по результатам анализа инспекционных данных, что повлечет за собой значительные затраты по времени и материальным средствам. [8]. (8. Pipeleine data logger. Tool for measuring pipeline condition [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.rosen-group.com/global/solutions/products/product/pdl.html. Дата обращения: 02.01.2016 г.)

Известен внутритрубный снаряд с диском. Внутритрубный снаряд содержит по меньшей мере один упругий элемент, который устанавливается на корпус внутритрубного снаряда, в упругом элементе содержатся резисторы изгиба, которые устанавливаются в радиальном направлении упругого элемента. Резисторы изгиба предназначены для фиксации изменения геометрии упругого элемента. При прохождении аномалии внутреннего диаметра трубопровода сектор упругого элемента, вместе с установленными в этом секторе резистором(ами) изгиба, деформируется. При деформировании резистора(ов) изгиба изменяется величина его (их) сопротивления, что фиксируется системой регистрации данных. После прохождении внутритрубным снарядом аномалии внутреннего диаметра упругий элемент возвращается в первоначальное недеформированное положение. Данный снаряд позволяет также регистрировать различные другие конструктивные элементы трубопровода, такие как крановые узлы, отводы, втулки и прочие. [9]. (9. Pig, and disc for a pig: пат. WO 2015113734 Al, Германия: МПК F16L 55/40, G01B 7/16, Dirk Larink, Tilmann

, Holger Rosenbleck-Schmidt; Заявитель и патентообладатель Rosen Swiss Ag - PCT/EP2015/000051; заявл. 14.01.2015; опубл. 24.09.2015.)

Это устройство выбрано в качестве прототипа каждого варианта внутритрубного снаряда с измерительным диском из заявленной группы.

Первый недостаток заключается в наличии различного рода шумов и ложных сигналов в записываемых показаниях резисторов изгиба. Основными компонентами погрешностей и шумов являются следующие: случайная погрешность, вызванная технологическим разбросом сопротивлений резисторов изгиба; систематическая погрешность, вызванная термоэлектрическим эффектом; тепловой и фликкер-шум измеряемого сопротивления; температурная погрешность, вызванная разогревом датчика протекающим током; температурная погрешность, вызванная разогревом или охлаждением резистора при движении внутритрубного снаряда в транспортируемом продукте; погрешность, связанная с разностью температурных коэффициентов расширения резистора и упругого элемента, в котором установлен резистор изгиба; погрешность измерения сопротивления резистора изгиба, зависящая от длины проводов и точности измерения их сопротивления; внешние наводки; сопротивление контактов; "ползучесть" сопротивления длительно нагруженного резистора изгиба; погрешность измерительной системы регистрации данных. Вышеописанные компоненты шумов и погрешностей негативно влияют на качество записываемых данных. Внутритрубный снаряд зачастую работает в суровых условиях эксплуатации, например температура в трубопроводе может достигать порядка 90 градусов Цельсия, причем перед запасовкой внутритрубного снаряда в трубопровод он может находиться под действием низких температур, опускающихся до -50 градусов Цельсия в зимний период. Также при движении по трубопроводу снаряд зачастую испытывает ударные, вибрационные нагрузки. Вышеописанные факторы негативно влияют на качество записываемых данных, а также многократно усложняют задачу расшифровки полученной информации и выявления полезных сигналов, характерных для аномалий внутреннего диаметра. С целью уменьшения влияния шумов и погрешностей необходимо вводить дополнительные элементы, такие как: термометр, акселерометр, барометр, что усложняет конструкцию внутритрубного снаряда. Также перед применением внутритрубного снаряда необходимо обеспечить проведение большого количества экспериментов для изучения возникновения шумов различного рода с целью осуществления их фильтрации при анализе данных, полученных после пропуска внутритрубного снаряда по исследуемому трубопроводу, однако, поскольку шумы имеют нелинейный характер, провести полную качественную фильтрацию практически невозможно.

Вторым недостатком является сложность анализа записанной информации с целью идентификации и вычисления реальных размеров аномалий внутреннего диаметра. Регистрирующим оборудованием фиксируется абсолютная величина изменения сопротивления резистора, и поскольку эта величина может не зависеть от того, равномерно он изогнут или сильно изогнута только одна его часть (верхняя, например), то возникает проблема сопоставления размера аномалий с измеренной величиной сопротивления резистора. Также при проезде различных конструктивных элементов трубопровода упругий элемент вместе с резисторами изгибается, в результате оборудованием фиксируется изгиб, который по своим характеристикам может быть сопоставим с данными, полученными при проезде аномалий внутреннего диаметра. Ситуация осложняется, если расположить упругий элемент с резисторами в начале или в конце внутритрубного снаряда, поскольку при прохождении отводов он будет значительно более сильно деформироваться, чем при установке его в середине.

Третьим недостатком является то, что при наезде упругого элемента внутритрубного снаряда на аномалию с формой, представляющей собой тонкую грань, например металлическая пластина, штырь малого диаметра и прочие тонкие элементы, велика вероятность прорезания упругого элемента без его изгиба, в следствие чего данная аномалия может быть не зафиксирована.

Четвертым недостатком является вероятность отсутствия фиксации полезного сигнала при использовании упругого элемента с секторами. При проезде неровностей, особенно, если неровность находится между секторами упругого элемента, работа секторов скорее всего будет осуществлена не на изгиб, а на кручение, в результате при анализе записанных данных аномалия может быть не идентифицирована.

Пятым недостатком является необходимость опроса и записи информации с резисторов изгиба с высокой частотой. Например, длина неровности равна 20×10^-3 м, а скорость движения внутритрубного снаряда равна 2 м/с. Таким образом, снаряд может преодолеть неровность за 0,01 с, следовательно, необходимо обеспечить частоту записи данных не менее 500 Гц. Данные обстоятельства накладывают определенные требования на электронное оборудование и элементы питания, а именно обеспечение большого объема внутренней памяти регистрирующего устройства, увеличенного объема емкости элементов питания, высокой производительности регистрирующего устройства. Выполнение вышеуказанных требований может привести к значительному увеличению объема элементов питания, что может вызвать трудности в компоновке вышеуказанного оборудования внутри корпуса внутритрубного снаряда.

Шестым недостатком является необходимость периодического проведения калибровки резисторов изгиба, поскольку у резисторов со временем вследствие неправильной эксплуатации или воздействия на них окружающей среды, резких перепадов температур, перегрузок, износа могут изменяться номинальные сопротивления. Калибровку желательно проводить перед каждым запуском внутритрубного снаряда, что усложняет и затягивает процесс проведения работ.

Седьмым недостатком является необходимость выполнения упругого элемента из материала определенного жесткостного диапазона. При изготовлении упругого элемента из материала недостаточной жесткости возможно возникновение значительных упругих деформаций элемента при прохождении им парафиновых и других отложений, что может быть в последующем идентифицировано как проезд аномалии геометрии внутреннего диаметра. Также возможно возникновение колебательных движений упругого элемента, что может привести к фиксации регистрирующей аппаратурой ложных сигналов.

Техническим результатом, достигаемым в результате реализации любого варианта из группы заявленных изобретений, является улучшение эксплуатационных характеристик устройства, а также повышение надежности работы устройства.

Технический результат по первому варианту изобретения достигается тем, что внутритрубный снаряд содержит корпус, установленные на корпусе эластичные опорные упругие элементы, систему регистрации аномалий внутреннего диаметра трубопровода, включающую в себя не менее одного резистора изгиба, соединенного с блоком регистрирующей аппаратуры. Внутритрубный снаряд по первому варианту отличается от прототипа тем, что на корпусе установлен выполненный из пластичного материала калибровочный элемент, внешняя сторона которого обращена к внутренней поверхности трубопровода и имеет диаметр не более 0,85 внешнего диаметра трубопровода, одна боковая поверхность, обращенная в сторону движения снаряда, выполнена свободной и может вступать в силовой контакт только с аномалиями внутреннего диаметра трубопровода, а на второй боковой поверхности установлено не менее одного резистора изгиба.

Технический результат по второму варианту изобретения достигается тем, что внутритрубный снаряд содержит корпус, установленные на корпусе эластичные опорные упругие элементы, систему регистрации аномалий внутреннего диаметра трубопровода, включающую в себя не менее одного резистора изгиба, установленного в осесимметричном упругом элементе и соединенного с блоком регистрирующей аппаратуры. Внутритрубный снаряд по второму варианту отличается от прототипа тем, что на корпусе перед упругим элементом, с установленным резистором(ами) изгиба, по направлению движения снаряда установлен выполненный из пластичного материала калибровочный элемент, внешняя сторона которого обращена к внутренней поверхности трубопровода и имеет диаметр не более 0,85 внешнего диаметра трубопровода, одна боковая поверхность, обращенная в сторону движения снаряда, выполнена свободной и может вступать в силовой контакт только с аномалиями внутреннего диаметра трубопровода, а вторая боковая поверхность выполнена контактирующей с соответствующей боковой поверхностью упругого элемента для обеспечения связи деформаций и перемещений калибровочного элемента и упругого элемента.

На фиг. 1 изображен в общем виде внутритрубный снаряд с измерительным диском, установленные на снаряде опорные упругие элементы представляют собой опорные диски.

На фиг. 2 изображен в общем виде внутритрубный снаряд с измерительным диском, где на калибровочный элемент установлен упругий элемент с резисторами изгиба.

На фиг. 3 изображен другой вариант внутритрубного снаряда с измерительным диском, где опорные упругие элементы представляют собой уплотнительные манжеты.

На фиг. 4 изображен калибровочный элемент с установленными радиально резисторами изгиба.

На фиг. 5 изображен другой вариант калибровочного элемента с установленными в окружном направлении резисторами изгиба.

На фиг. 6 изображен другой вариант калибровочного элемента с установленными резисторами изгиба в радиальном и окружном направлениях.

На фиг. 7 изображен момент первоначального контакта калибровочного элемента с установленным на нем упругим элементом, содержащим резисторы изгиба, с аномалией внутреннего диаметра.

На фиг. 8 изображен момент проезда калибровочного элемента с установленным на нем упругим элементом, содержащим резисторы изгиба, точки максимальной глубины аномалии внутреннего диаметра.

На фиг. 9 изображено деформированное состояние калибровочного элемента с установленным на нем упругим элементом, содержащим резисторы изгиба, после проезда аномалии внутреннего диаметра.

На фиг. 10 изображено графическое представление изменения сопротивления резистора изгиба (изменение напряжения), установленного в зоне пластической деформации калибровочного элемента, возникающее при проезде внутритрубным снарядом аномалии внутреннего диаметра.

Внутритрубный снаряд с измерительным диском в первом варианте изобретения имеет ось симметрии 12 и состоит из корпуса 1, опорных упругих элементов 2, установленных на передней и задней частях внутритрубного снаряда, калибровочного элемента 5 с установленным на нем не менее одним резистором изгиба 4, прокладочных дисков 6, 8, низкочастотного передатчика 7, блока регистрирующей аппаратуры 9, крепежных элементов 10 и фланцев 11.

Внутритрубный снаряд с измерительным диском во втором варианте изобретения имеет ось симметрии 12 и состоит из корпуса 1, опорных упругих элементов 2, установленных на передней и задней частях внутритрубного снаряда, калибровочного элемента 5, упругого элемента 3, прикрепленного к калибровочному элементу со стороны подачи транспортируемого продукта, с установленным в нем не менее одним резистором изгиба 4, прокладочных дисков 6, 8, низкочастотного передатчика 7, блока регистрирующей аппаратуры 9, крепежных элементов 10 и фланцев 11.

Калибровочный элемент 5 выполнен из пластичного материала, имеющего низкий предел текучести, например из сплава AlMg₃. Диаметр калибровочного элемента меньше внутреннего диаметра трубопровода и составляет не более 0,85 D (D - наружный диаметр трубопровода).

В одном из вариантов исполнения калибровочный элемент 5 может представлять из себя калибровочный диск, выполненный из пластичного материала в виде круглой тонкостенной пластинки с центральным отверстием, по периметру которого выполнены отверстия для болтового крепления к корпусу снаряда.

В первом варианте изобретения на калибровочном элементе установлено не менее одного резистора изгиба 4. Резисторы изгиба 4 представляют собой упругое основание с нанесенным токопроводящим слоем, включающим в себя частицы углерода [10]. (10. Flex Sensor FX [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.spectrasymbol.com/wp-content/themes/spectra/images/datasheets/FlexSensor.pdf. Дата обращения: 02.01.2016г.) Резисторы изгиба 4 перед установкой на калибровочный элемент помещены в диэлектрическую изоляцию, стойкую к химически агрессивной среде. Резисторы изгиба 4 приклеены к калибровочному элементу 5 с помощью стойкого к химически агрессивной среде клея.

Во втором варианте изобретения резисторы изгиба 4 установлены в упругий элемент 3 и залиты полиуретаном. Упругий элемент 3 приклеен или плотно прижат к калибровочному элементу 5. Твердость упругого элемента 3 сопоставима с твердостью опорных упругих элементов 2 и составляет по Шору порядка 85. Упругие элементы 2, 3 выполнены из полиуретана, стойкого к химически агрессивной среде. Диаметр упругого элемента должен быть в диапазоне между диаметром калибровочного элемента и наружным диаметром трубопровода. Упругий элемент 3 может быть полностью идентичен упругим опорным элементам 2.

На корпусе 1 внутритрубного снаряда установлен блок регистрирующей аппаратуры 9, в котором располагается электронное оборудование (микроконтроллер, модуль внутренней памяти, делитель напряжения) и элементы питания. Резисторы изгиба подсоединяются к микроконтроллеру через делители напряжения, где одним резистором выступает резистор изгиба 4, а вторым постоянный резистор, например, на 100 кОм. Микроконтроллером фиксируется изменение напряжения в зависимости от степени изгиба резистора изгиба 4 (фиг. 10). При необходимости аналоговый сигнал, поступаемый с резисторов изгиба, может быть преобразован в цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя. Запись данных обеспечивается с частотой в 1 Гц, при необходимости частоту записи можно изменить.

На корпусе 1 внутритрубного снаряда установлен низкочастотный передатчик 7, позволяющий оператору, находящемуся снаружи, обнаруживать снаряд, движущийся в трубопроводе, и фиксировать прохождение снарядом заданных маркерных пунктов. Радиоизлучатель выполнен в виде излучателя электромагнитных колебаний частотой 22 Гц.

Между упругими элементами 2, 3 установлены прокладочные диски 6. На торцах снаряда установлены фланцы 11, которые плотно прижимают между собой прокладочные диски 6 и упругие элементы 2, 3 за счет возникновения сжимающей силы при затяжке крепежных элементов 10. Прокладочные диски 6, 8 выполнены из жесткого полиуретана, фторопласта или другого химически стойкого твердого материала.

Корпус снаряда 1, корпус низкочастотного передатчика 7 и блока регистрирующей аппаратуры 9, а также фланцы 11 выполнены из стали.

Существует вариант (фиг. 1), в котором упругие элементы 2, 3 представляют собой опорные диски. Также существует вариант, в котором упругие элементы 2, 3 представляют собой уплотнительные манжеты (фиг. 3).

Резисторы изгиба, установленные на калибровочном элементе или в упругом элементе, прикрепленном к калибровочному элементу, могут быть ориентированы по-разному: в радиальном (фиг. 4), окружном (фиг. 5) и в радиально-окружном направлениях (фиг. 6).

Устройство работает следующим образом.

Внутритрубный снаряд помещают в камеру запуска внутритрубных снарядов, при этом перекачка продукта по трубопроводу через камеру запуска отключена. После этого перекачку продукта направляют через камеру запуска, в результате внутритрубный снаряд начинает двигаться сначала по камере запуска, а затем по трубопроводу. В трубопроводе снаряд движется до тех пор, пока не окажется в камере приема внутритрубных снарядов. При движении снаряда внутри трубопровода упругие опорные элементы, установленные на снаряде, плотно прилегают к внутренней поверхности трубопровода и обеспечивают перепад давления между областью перед снарядом и областью за снарядом. В результате возникновения перепада давления внутритрубный снаряд продвигается по трубопроводу с потоком транспортируемого продукта.

При движении внутри трубопровода снаряд проходит через различные сужения (например, вмятины, кольцевые сварные соединения), опорные упругие диски или манжеты испытывают упругую деформацию, обеспечивая прохождение внутритрубного снаряда через сужение. Если внутренний диаметр трубопровода в месте сужения больше наружного диаметра калибровочного элемента, то калибровочный элемент при прохождении сужения остается недеформированным (например, при прохождении кольцевых сварных соединений). Если имеет место достаточно значительное сужение сечения трубопровода, образованное наличием аномалии внутреннего диаметра трубопровода (врезкой, уходящей вглубь трубы, вмятиной, не полностью открытой задвижкой), то калибровочный элемент пластически деформируется. Во втором варианте изобретения вместе с калибровочным элементом упруго деформируется и упругий элемент, установленный на калибровочный элемент (фиг. 8). После прохождения сужения упругий элемент остается в деформированном состоянии за счет его изгиба пластически деформированным калибровочным элементом (фиг. 9).

При прохождении сужения (фиг. 8) калибровочный элемент изгибается, также изгибаются резисторы изгиба, находящиеся на калибровочном элементе в зоне пластической деформации или в упругом элементе, прикрепленном к калибровочному элементу. В результате изгиба резисторы изгиба изменяют свое сопротивление (при сильном изгибе с 10 кОм до 110 кОм), что регистрируется измерительной аппаратурой (фиг. 10), также аппаратурой фиксируется время t_ан, когда произошел изгиб. После прохождения снарядом сужения изогнутые резисторы изгиба остаются в деформированном состоянии. В дальнейшем при движении снаряда по трубопроводу их сопротивление существенно не изменяется (остается вплоть до 110 кОм).

Низкочастотный передатчик 7 в процессе движения снаряда внутри трубопровода излучает электромагнитные сигналы, которые принимают вне трубопровода с помощью приемника электромагнитных сигналов, по их наличию в течение некоторого периода времени делают вывод о прохождении поршня вблизи приемника электромагнитных сигналов.

После извлечения снаряда из камеры приема внутритрубных снарядов с блока регистрирующей аппаратуры 9 считываются записанные данные. При наличии аномалии внутреннего диаметра в трубопроводе калибровочный элемент 5 будет пластически деформирован, а также вместе с диском будут изогнуты и резисторы изгиба, находящиеся в зоне деформации. При анализе данных выполняется поиск времени, когда у резистора(ов) изгиба увеличилось сопротивление и осталось на том же уровне вплоть до выемки снаряда из трубопровода (фиг. 10). Ориентировочная дистанция аномалии при пропуске по жидкой среде (нефть, вода) может быть вычислена по следующей формуле: L_ан=V_прод⋅t_ан, где L_ан - искомая дистанция аномалии внутреннего диаметра от точки отсчета (например, камера запуска, задвижка), t_ан - время прохождения аномалии (в секундах от точки отсчета дистанции), V_прод - скорость движения продукта в трубопроводе.

Предлагаемый внутритрубный снаряд с измерительным диском позволяет определить наличие и дистанцию существенной аномалии внутреннего диаметра трубопровода, недопустимой для пропуска снаряда-профилемера. При этом упрощается анализ записанных данных. Также исключается вероятность потери сигнала от аномалий с формой, представляющей собой тонкую грань. В качестве резисторов изгиба можно использовать достаточно дешевые датчики с низкой разрешающей способностью и большим количеством шумов. Уменьшается энергопотребление электронной аппаратуры за счет уменьшения частоты опроса и записи данных с резисторов изгиба. При этом уменьшается объем регистрирующей аппаратуры и элементов питания, увеличивается надежность работы системы. Для реализации данной системы нет необходимости в изготовлении всего внутритрубного снаряда с измерительным диском целиком, можно использовать очистной внутритрубный снаряд и путем добавления элементов 3, 4, 5, 8, 9 модернизировать его в снаряд с измерительным диском.

Литература

1. Поршень-разделитель внутритрубный: пат. 33881 U1, Рос. Федерация: МПК В09В 9/04 Кононов В.Г., Поляков В.А., Шатьяков В.Я.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть», Открытое акционерное общество «Центр технической диагностики». - №2003113431/20; заявл. 13.05.2003; опубл. 20.11.2003.

2. Шаблон внутритрубный: пат. 2509254 С2 Рос. Федерация: МПК F16L 55/26, Лисин Ю.В., Мирошник А.Д., Чернышов О.Г., Савин В.И., Поляков В.А., Янин А.А.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть», Открытое акционерное общество «Центр технической диагностики». - №2012105321/06; заявл. 16.02.2012; опубл. 27.08.2013.

3. Внутритрубный многоканальный профилемер: пат. 25218 U1, Рос. Федерация: МПК G01B 7/28 Зинин Г.А., Мирошник А.Д., Кузнецов В.В., Коноплев А.С.; Заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Центр технической диагностики «Диаскан». - №2002109675/20; заявл. 17.04.2002; опубл. 20.09.2002.

4. Pipeline pig having gauging plate: пат. 4227309 А США: МПК G01B 7/16, G01M 3/00 Trevor С.Jones; Заявитель и патентообладатель Underground Location Services Limited. - US 05/785,073; заявл. 06.04.1977; опубл. 14.10.1980.

5. Pipeline limit dent detector: пат. 4091678 А США: МПК G01B 7/28, David Walter Potter; Заявитель и патентообладатель Trans Canada Pipelines Limited. - US 05/793,771; заявл. 4.05.1977; опубл. 30.05.1978.

6. Pig for detecting an obstruction in a pipeline: пат. 6679129 B2 США: МПК F16L 55/38, Donald D. Savard; Заявитель и патентообладатель Donsa, Inc. - US 10/269,520; заявл. 11.10.2002; опубл. 20.01.2004.

7. Pig for detecting an obstruction in a pipeline: пат.6857329 B2, США: МПК F16L 55/38, Donald D. Savard; Заявитель и патентообладатель Donsa, Inc. - US 09/899,906; заявл. 03.12.2003; опубл. 22.02.2005.

8. Pipeleine data logger. Tool for measuring pipeline condition [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.rosen-group.com/global/solutions/products/product/pdl.html. Дата обращения: 02.01.2016 г.

9. Pig, and disc for a pig: пат. WO 2015113734 Al, Германия: МПК F16L 55/40, G01B 7/16, Dirk Larink, Tilmann

, Holger Rosenbleck-Schmidt; Заявитель и патентообладатель Rosen Swiss Ag - PCT/EP2015/000051; заявл. 14.01.2015; опубл. 24.09.2015.

10. Flex Sensor FX [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.spectrasymbol.com/wp-content/themes/spectra/images/datasheets/FlexSensor.pdf. Дата обращения: 02.01.2016 г.

Claims (4)

1. Внутритрубный снаряд, содержащий корпус, установленные на корпусе эластичные опорные упругие элементы, систему регистрации аномалий внутреннего диаметра трубопровода, включающую в себя не менее одного резистора изгиба, соединенного с блоком регистрирующей аппаратуры, отличающийся тем, что на корпусе установлен выполненный из пластичного материала калибровочный элемент, внешняя сторона которого обращена к внутренней поверхности трубопровода и имеет диаметр не более 0,85 внешнего диаметра трубопровода, одна боковая поверхность, обращенная в сторону движения снаряда, выполнена свободной и может вступать в силовой контакт только с аномалиями внутреннего диаметра трубопровода, а на второй боковой поверхности в радиальном и окружном направлениях установлены резисторы изгиба.

2. Внутритрубный снаряд по п. 1, отличающийся тем, что калибровочный элемент представляет собой калибровочный диск, выполненный из пластичного материала в виде круглой тонкостенной пластинки с центральным отверстием, по периметру которого выполнены отверстия для болтового крепления к корпусу снаряда.

3. Внутритрубный снаряд, содержащий корпус, установленные на корпусе эластичные опорные упругие элементы, систему регистрации аномалий внутреннего диаметра трубопровода, включающую в себя не менее одного резистора изгиба, установленного в осесимметричном упругом элементе и соединенного с блоком регистрирующей аппаратуры, отличающийся тем, что резисторы изгиба установлены в радиальном и окружном направлениях, на корпусе перед упругим элементом с установленными резисторами изгиба по направлению движения снаряда установлен выполненный из пластичного материала калибровочный элемент, внешняя сторона которого обращена к внутренней поверхности трубопровода и имеет диаметр не более 0,85 внешнего диаметра трубопровода, одна боковая поверхность, обращенная в сторону движения снаряда, выполнена свободной и может вступать в силовой контакт только с аномалиями внутреннего диаметра трубопровода, а вторая боковая поверхность выполнена контактирующей с соответствующей боковой поверхностью упругого элемента для обеспечения связи деформаций и перемещений калибровочного элемента и упругого элемента.

4. Внутритрубный снаряд п. 3, отличающийся тем, что калибровочный элемент представляет собой калибровочный диск, выполненный из пластичного материала в виде круглой тонкостенной пластинки с центральным отверстием, по периметру которого выполнены отверстия для болтового крепления к корпусу снаряда.

Images