RU2669602C1 - Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта - Google Patents
Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669602C1 RU2669602C1 RU2017126860A RU2017126860A RU2669602C1 RU 2669602 C1 RU2669602 C1 RU 2669602C1 RU 2017126860 A RU2017126860 A RU 2017126860A RU 2017126860 A RU2017126860 A RU 2017126860A RU 2669602 C1 RU2669602 C1 RU 2669602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- linear object
- section
- weighted
- thermal
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 57
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 50
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims description 26
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 7
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 10
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 10
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 8
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011234 economic evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте (ММГ) трассы линейного объекта относится к следующим областям: нефтяной и газовой промышленности, геофизике, строительству и др. Преимущественная область применения - мониторинг температурных аномалий в ММГ магистральных нефтепроводов. Техническим результатом является повышение эффективности функционирования линейных объектов, расположенных в зоне ММГ, а также значительное повышение вероятности выявления опасных геокриологических процессов. По сигналам от датчиков температуры в каждой термоскважине определяют слой с границей оттаивания ММГ. Определяют весовые коэффициенты αдля вышерасположенных слоев ММГ, находят взвешенную по слоям температурную модель θ. Определяют весовые коэффициенты βдля термоскважин участка. Находят взвешенную температурную модель θучастка. Находят температурные отклонения Δ. В соответствии с априорными данными выясняют максимально допустимую величину Δучастка и сравнивают температурные отклонения Δс ней. В случае превышения каждый раз формируют необходимую информацию о температурных аномалиях в ММГ. 7 ил.
Description
Изобретение относится к следующим областям: нефтяной и газовой промышленности для мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте (ММГ) по трассе протяженных объектов; геофизики для температурного мониторинга ММГ на значительной площади; строительство для температурного мониторинга ММГ оснований зданий, имеющих значительные линейные размеры; автомобильного и железнодорожного транспорта, аэродромов и космодромов, расположенных в зоне ММГ и др. Безопасность перечисленных энергетических объектов во многом определяется эффективностью мониторинга температурных аномалий в ММГ из-за значительного влияния на него их функционирования.
Преимущественная область применения - мониторинг температурных аномалий в ММГ для магистральных трубопроводов, транспортирующих углеводороды.
Известен способ определения геодинамической активности недр разрабатываемого месторождения углеводородов (УВ) путем установки сейсмических станций и регистрирования с их помощью сейсмических сигналов, в котором объединяют сейсмические станции в сейсмологическую сеть из расчета не менее трех станций на 10000 км2, интегрируют данные о сейсмической активности недр разрабатываемого месторождения УВ, задают пороговое значение выделившейся сейсмической энергии на 10000 км2, сравнивают интегрированные данные с заданным пороговым значением, и если порог не превышен, то продолжают интегрировать данные, а если превышен, то проводят геодинамическое районирование недр разрабатываемого месторождения УВ с его окрестностями с разрешением не более 100 км2, выделяют участки с аномально высокой геодинамической активностью, на которых уплотняют сейсмологическую сеть за счет добавления на каждом не менее двух сейсмических станций с их размещением на расстоянии от 3 до 5 км друг от друга, находят сейсмически активные структуры геологической среды разрабатываемого месторождения УВ и с их учетом определяют деформации земной поверхности на выделенных участках, определяют величину геодинамической активности каждого выделенного участка по аддитивной модели с использованием нормированных частных показателей, причем выбор частных показателей геодинамической активности осуществляют с учетом особенностей разрабатываемого месторождения УВ, затем присваивают найденные величины геодинамической активности выделенным участкам, строят вектор, компонентами которого берут полученные значения геодинамической активности выделенных участков, после чего определяют модуль нормированного по количеству выделенных участков вектора и по величине модуля вектора судят о геодинамической активности недр разрабатываемого месторождения УВ с его окрестностями (см. патент РФ RU 2575469, МПК: G01V 9/00; G01V 1/28 (2006.01), 12.11.2014).
Способ направлен на оценку геодинамической активности недр разрабатываемого месторождения углеводородов с помощью сейсмических сигналов, а поэтому выявить с его помощью температурные аномалии в многолетнемерзлом грунте не представляется возможным.
Известно изобретение, относящееся к основаниям, возводимым на многолетнемерзлых грунтах (см. патент РФ 2157872, МКИ7 E02D 3/115, 26.12.1996). Способ температурной стабилизации многолетнемерзлых грунтов включает размещение охлаждающих труб под отсыпку грунта, соединение их с конденсаторной частью и укладку слоя теплоизоляции. Охлаждающие трубы устанавливают внутри защитных труб через открытые торцы последних с возможностью извлечения и замены дефектных участков.
Известный способ направлен на температурную стабилизацию многолетнемерзлых грунтов при строительстве оснований и сооружений и с его помощью нельзя осуществить мониторинг температурных аномалий в этом грунте.
Известен способ дистанционного контроля состояния трубопровода в зоне вечной мерзлоты (см., например, патент на изобретение №2260742, МПК7 F17D 5/02 с приоритетом от 12.03.2004, опубл. 20.09.2005), по которому дистанционное зондирование трассы пролегания трубопровода осуществляют путем проведения радиолокационной интерферометрической съемки с повторяющихся орбит космических аппаратов, когда расстояние между траекториями полета космического аппарата составляет не более 500 м, при этом вначале для каждого из элементов радиолокационных изображений, полученных в разные моменты времени, определяют разность фаз сигналов, содержащую информацию о перемещениях отражающей поверхности и рельефе, затем исходя из модели рельефа и геометрии съемки вычисляют топографическую разность фаз, порождаемую рельефом, и по разности указанных фаз определяют динамическую разность фаз, за время между съемками данной пары. После чего вычисляют вертикальную составляющую перемещений отражающей поверхности за время между съемками трубопровода на поверхности земли, утяжеляющих конструкций вместе с трубопроводом или лежащего на трубопроводе грунта по предложенной зависимости, в которую входят: длина волны сигнала, угол падения радиоволны на снимаемую поверхность, вертикальная составляющая перемещения отражающей поверхности относительно поверхности земли за время между съемками. Увеличение интервала времени между наблюдениями в интерферометрических методах радиолокационной съемки при использовании схемы наблюдений с повторяющихся орбит приводит к возрастанию временной декорреляции отражений вплоть до полной потери сигнала. Кроме того, известный способ не позволяет проводить мониторинг температурных аномалий в ММГ.
Известно изобретение, относящееся к полевому определению температуры грунтов для получения конкретных данных о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов (см. патент RU 2597339, МПК G01K 7/02; Е21В 47/06; E02D 1/00). Способ измерения температуры грунта с помощью измерительной гирлянды, опускаемой в термометрическую скважину, при этом обсадная труба термометрической скважины представляет собой трубу, изготовленную из материала с относительно низким коэффициентом теплопроводности, с частями из материала с относительно высоким коэффициентом теплопроводности, а измерительная гирлянда представляет собой трубу, имеющую наружный диаметр, равный внутреннему диаметру обсадной трубы, и аналогичную по конструкции, у которой к металлическим частям прикреплены термопары для измерения температуры.
Недостаток способа в ограниченности конкретных данных о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов только в одной скважине, поэтому с его помощью нельзя осуществить мониторинг температурных аномалий в ММГ трассы линейного объекта.
Кроме того, известны практические методы измерения температуры в термометрических скважинах в автономном и стационарном вариантах температурного мониторинга и аппаратным обеспечением для его проведения (см., например, Система температурного мониторинга протяженных объектов. ОАО НПП «Эталон», 2015). Однако, выполнить мониторинг температурных аномалий в ММГ трассы линейного объекта с этой системой не представляется возможным.
Наиболее близок к предполагаемому изобретению является Способ определения размеров и конфигурации зоны оттаивания вокруг скважины и температуры нефти в скважине, оборудованной эксплуатационной колонной, и расположенной внутри нее колонной насосно-компрессорных труб, предназначенный для использования при основании и эксплуатации месторождений углеводородов, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых пород (см. Патент RU 2588076, МПК Е21В 47/06 (2012.01), 26.11.2014). Способ включает проведение стандартных теплофизических исследований свойств грунта и определение на основании полученных исходных данных параметров теплообмена скважины и горных пород путем решения численными методами на основе математического моделирования, причем, учитывают теплофизические параметры грунтов вокруг скважины, среднемесячную температуру воздуха, толщину снега, коэффициент теплообмена поверхности земли с воздухом, дебит скважины, обводненность, глубину, температуру пласта на уровне отбора, радиус эксплуатационной колонны и колонны насосно-компрессорных труб, мощность мерзлоты, температуру мерзлоты, затем определяют динамику размера и конфигурации зоны оттаивания вокруг скважины и падение температуры нефти по стволу скважины, устьевую температуру на основе численных расчетов системы из трех сложных интегро-дифференциальных уравнений в цилиндрической системе координат.
Способ по прототипу направлен на повышение точности прогнозирования теплового состояния мерзлых пород при эксплуатации скважин, но определить температурные аномалии в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта не представляется возможным, что является основным его недостатком.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в существенном повышении эффективности функционирования линейных объектов, расположенных в зоне ММГ, а также в значительном повышении вероятности выявления опасных геокрилогических процессов.
Задача решается тем, что в предложенном способе мониторинга температурных аномалий в ММГ трассы линейного объекта послойно измеряют температуру грунта в каждой термоскважине выбранного участка, расположенного вдоль трассы линейного объекта, по сигналам от датчиков температуры в каждой термоскважине определяют слой, которому принадлежит граница оттаивания грунта, затем с учетом влияния на формирование границы оттаивания грунта определяют весовые коэффициенты а; для вышерасположенных слоев грунта в каждой термоскважине участка, находят взвешенную по слоям грунта температурную модель θj для j - ой термоскважины проверяемого участка трассы линейного объекта по соотношению (1):
где θj - взвешенная по слоям температурная модель для j-ой термоскважины;
αi - весовой коэффициент для I - ого слоя, нормированная величина которого характеризует его вклад во взвешенную по слоям температурную модель θj;
Ti - температура i-ого слоя грунта в j-ой термоскважине;
определяют с учетом места расположения и соответствующего грунта весовые коэффициенты βi для термоскважин, вошедших в выбранный участок трассы линейного объекта; находят соответствующую взвешенную температурную модель θuh для проверяемого участка трассы линейного объекта по соотношению (2):
где θuh - взвешенная по грунту расположения термоскважин температурная модель участка трассы линейного объекта;
j - текущий индекс для термоскважин проверяемого участка трассы линейного объекта;
n - количество учитываемых термоскважин на участке;
βj - весовой коэффициент для j-ой термоскважины на проверяемом участке трассы линейного объекта;
находят температурные отклонения Δj для каждой термоскважины между взвешенными по слоям температурными моделями термоскважин участка трассы линейного объекта и взвешенной по грунту температурной моделью участка θuh по соотношению (3):
далее в соответствии с эмпирическими данными выясняют максимально допустимую величину температурного отклонения Δmd на рассматриваемом участке трассы линейного объекта, сравнивают найденные температурные отклонения Δj с максимально допустимой величиной температурного отклонения Δmd участка по соотношению (4):
в случае выполнения соотношения (4) для каждой термоскважины участка трассы линейного объекта информация поступает по выходу «Да» и ожидают следующего поступления температурных данных, а в случае не выполнения соотношения (4) информация поступает по выходу «Нет», каждый раз формируют информацию, в которую включают местоположение выявленных температурных аномалий и соответствующие величины температурных отклонений, затем выбирают следующий участок трассы линейного объекта и процесс мониторинга температурных аномалий в ММГ повторяют.
Совокупность существенных признаков способа мониторинга температурных аномалий в ММГ трассы линейного объекта достаточна для достижения технического результата, который может быть получен при осуществлении изобретения, причем она обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Графическая часть включает в себя чертежи: фиг. 1, на которой изображена функциональная схема способа мониторинга температурных аномалий в ММГ трассы линейного объекта; фиг. 2, на которой построен график усредненных по слоям температур ММГ для термоскважин выбранного участка трассы магистрального нефтепровода; фиг. 3 - график с величинами взвешенных температурных моделей термоскважин на выбранном участке трассы магистрального нефтепровода; фиг. 4 - зависимости надежности функционирования выбранного участка трассы магистрального нефтепровода без и с мониторингом температурных аномалий; фиг. 5 - зависимости стоимости эксплуатации выбранного участка трассы магистрального нефтепровода без и с мониторингом температурных аномалий; фиг. 6 - зависимости поставки углеводородов выбранным участком трассы магистрального нефтепровода без и с мониторингом температурных аномалий и фиг. 7 - зависимости эффективности функционирования выбранного участка трассы магистрального нефтепровода без и с мониторингом температурных аномалий;
Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта отображен функциональной схемой (фиг. 1), включающей в себя следующие основные операции:
1 - послойно измеряют температуру грунта в каждой термоскважине выбранного участка, содержащего представительное количество термоскважин и расположенного вдоль трассы линейного объекта;
2 - определяют по сигналам от датчиков температуры в каждой термоскважине слой, которому принадлежит граница оттаивания грунта;
3 - определяют весовые коэффициенты αi для каждого слоя грунта с учетом его влияния на формирование границы оттаивания грунта. Причем соблюдают обязательное условие нормировки для весовых коэффициентов взятых слоев грунта 
;
4 - находят взвешенную температурную модель для вышерасположенных слоев грунта относительно границы оттаивания для каждой термоскважины выбранного участка по соотношению (1):
где θj - взвешенная температурная модель для вышерасположенных слоев относительно границы оттаивания грунта j- той термоскважины;
j - текущий индекс для термоскважин выбранного участка, расположенного вдоль трассы линейного объекта;
i - текущий индекс для слоев грунта в каждой термоскважине;
αi - весовой коэффициент для i-того слоя грунта, нормированная величина которого характеризует вклад соответствующего слоя во взвешенную температурную модель θj j-ой термоскважины;
Ti - температура i-того слоя грунта в j-той термоскважине;
5 - определяют с учетом места расположения весовые коэффициенты βj для термоскважин, вошедших в выбранный участок трассы линейного объекта. Причем, соблюдают обязательное условие нормировки для весовых коэффициентов термоскважин рассматриваемого участка 
;
6 - находят средневзвешенную температурную модель θuh для выбранного участка трассы линейного объекта по соотношению (2):
где j - текущий индекс для термоскважин выбранного участка трассы линейного объекта;
n - количество учитываемых термоскважин на выбранном участке;
βj - весовой коэффициент для j-ой термоскважины на выбранном участке трассы линейного объекта для учета вклада каждой термоскважины в средневзвешенную температурную модель участка;
7 - находят отклонения Δj между взвешенными температурными моделями отдельных термоскважин θj и общей взвешенной температурной моделью участка θuh по соотношению (3):
8 - в соответствии с априорными данными выясняют максимально-допустимое отклонение Δmd на выбранном участке трассы линейного объекта;
9 - сравнивают Δj с Δmd по соотношению (4):
в случае выполнения соотношения (4) для каждой термоскважины участка трассы линейного объекта информация поступает по выходу «Да» и ожидают поступления следующей порции температурных данных, а в случае не выполнения соотношения (4) информация поступает по выходу «Нет»;
10 - формируют в последнем случае информацию, в которую включают местоположение выявленных температурных аномалий и соответствующие величины температурных отклонений;
11 - выбирают следующий участок трассы линейного объекта;
12 - переходят к мониторингу температурных аномалий в ММГ следующего участка.
Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта осуществляют следующим образом. Послойно измеряют (1) (см. фиг. 1) температуру грунта в каждой термоскважине выбранного участка, расположенного вдоль трассы линейного объекта, по сигналам от датчиков температуры в каждой термоскважине определяют (2) слой, которому принадлежит граница оттаивания грунта, находят (3) весовые коэффициенты для каждого слоя грунта с учетом их влияния на формирование границы оттаивания грунта, находят (4) взвешенную температурную модель для вышерасположенных слоев грунта относительно границы оттаивания для каждой термоскважины выбранного участка по соотношению (1):
где θj - взвешенная температурная модель для вышерасположенных слоев относительно границы оттаивания грунта j-той термоскважины;
j - текущий индекс для термоскважин, расположенных на участке вдоль трассы линейного объекта;
i - текущий индекс для слоев грунта в каждой термоскважине;
αi - весовой коэффициент для i-того слоя, нормированная величина которого характеризует вклад соответствующего слоя во взвешенную температурную модель θj соответствующей термоскважины;
Ti - температура i-ого слоя грунта в j-той термоскважине;
определяют (5) с учетом величин взвешенных моделей отдельных термоскважин, вошедших в выбранный участок трассы линейного объекта, их весовые коэффициенты βj; находят (6) взвешенную температурную модель выбранного участка θuh трассы линейного объекта по соотношению (2):
где j - текущий индекс для термоскважин выбранного участка трассы линейного объекта;
n - количество учитываемых термоскважин на выбранном участке;
βj - весовой коэффициент для j-ой термоскважины на выбранном участке трассы линейного объекта для учета вклада рассматриваемой термоскважины во взвешенную температурную модель участка θuh;
θj - взвешенные температурные модели отдельных термоскважин, расположенных на рассматриваемом участке трассы линейного объекта;
находят (7) отклонения Δj между взвешенными температурными моделями θj отдельных термоскважин участка и взвешенной температурной моделью участка θuh по соотношению (3):
в соответствии с эмпирическими данными выясняют (8) максимально-допустимую величину отклонения Δmd на выбранном участке трассы линейного объекта и сравнивают (9) Δj с Δmd по соотношению (4):
в случае выполнения соотношения (4) для каждой термоскважины выбранного участка, расположенного вдоль трассы линейного объекта, информация проходит по выходу «Да» и ожидают поступления следующей порции температурных данных, а в случае не выполнения соотношения (4) задействован выход «Нет», при этом каждый раз формируют (10) информацию, в которую включают местоположение выявленных температурных аномалий и соответствующие величины температурных отклонений, затем выбирают (11) следующий участок трассы линейного объекта и переходят (12) к мониторингу температурных аномалий грунта следующего участка.
В качестве примера реализации способа рассмотрим мониторинг температурных аномалий в ММГ участка надземной прокладки магистрального нефтепровода «Заполярье - Пурпе» с 11 термоскважинами и датой измерения 15.06.2016 г. На фиг. 2 слои ММГ в метрах, в которых измеряется температура, отображены по оси X и составляют: 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 и 11. Послойно измеряют (1) температуру грунта в каждой термоскважине выбранного участка, расположенного вдоль трассы линейного объекта. Усредненные по слоям температуры ММГ для всех 11 термоскважин выбранного участка отображены также на фиг. 2. По сигналам от датчиков температуры в каждой термоскважине определяют (2) слой, которому принадлежит граница оттаивания ММ. На фиг. 2 видно, что граница оттаивания ММГ для всех ТС принадлежит слою в 1 м. Методом ранжирования находят (3) весовые коэффициенты αi для каждого слоя грунта с учетом их влияния на формирование границы оттаивания грунта. Они составили: для слоя с границей оттаивания ММГ - 0,5; далее 0,33 и для поверхностного слоя 0,17. Проверка условия нормировки показывает, что сумма весовых коэффициентов равна 1.
Находят (4) взвешенную температурную модель θj для вышерасположенных слоев грунта относительно границы оттаивания для каждой термоскважины выбранного участка по соотношению (1):
где 
- знак алгебраической суммы от границы оттаивания грунта (i=1) до поверхностного слоя k=3;
j=1, 2, …, 11 - текущий индекс для участка термоскважин, расположенных вдоль трассы линейного объекта;
i=1, 2, …, 11 - текущий индекс для слоев грунта в каждой термоскважине.
На фиг. 3 отображен график с величинами взвешенных температурных моделей термоскважин выбранного участка трассы магистрального трубопровода. Диапазон изменения взвешенных температурных моделей для термоскважин (ТС) выбранного участка составил: от 0,14 для ТС735 до 2, 91 для ТС433;
определяют (5) с учетом величин взвешенных температурных моделей отдельных термоскважин, вошедших в выбранный участок трассы линейного объекта, их весовые коэффициенты βj. Диапазон изменения весовых коэффициентов βj составил: от 0,02 для ТС433 до 0,17 для ТС735. Проверяем выполнение условия нормировки: 
;
находят (6) взвешенную температурную модель выбранного участка θuh трассы линейного объекта по соотношению (2):
Величина взвешенной температурной модели выбранного участка θuh трассы линейного объекта составила 1,17;
находят (7) температурные отклонения Δj между взвешенными температурными моделями θj отдельных термоскважин участка и взвешенной температурной моделью участка θuh по соотношению (3). Диапазон изменения температурных отклонений Δj составил: от -0,39 для ТС734 до 1,74 для ТС433; в соответствии с априорными данными выясняют (8) максимально-допустимую величину отклонения Δmd на выбранном участке трассы линейного объекта, которая составила 1,6; сравнивают (9) Δj с Δmd по соотношению (4). Поскольку соотношение (4) в данном случае не выполняется для ТС433, то задействован выход «Нет», при этом формируют (10) информацию, в которую включают местоположение выявленных температурных аномалий и соответствующие величины температурных отклонений. Соответственно в сформированной информации будет указано местоположение температурной аномалии - ТС433, величина температурного отклонения - 1,74 и превышение выбранной максимально-допустимой величины на 0,14. Если априорную максимально-допустимую величину отклонения Δmd на выбранном участке трассы линейного объекта выставили 1,9, то соотношение (4) выполняется для каждой термоскважины выбранного участка, расположенного вдоль трассы линейного объекта. Информация в этом случае проходит по выходу «Да» и ожидают поступления следующей порции температурных данных. Затем выбирают (11) следующий участок трассы линейного объекта и переходят (12) к мониторингу температурных аномалий в ММГ.
Технико-экономическая оценка предложенного способа мониторинга температурных аномалий в ММГ трассы линейного объекта выполнена по известной методике профессора Ю.Р. Владова [см. Владов Ю.Р. Аналитическая идентификация технического состояния и эффективность функционирования промышленных объектов / Автоматизация в промышленности. - 2005, №4. - С. 9-12]. Трубопроводы в течение всего срока службы испытывают значительные внутренние напряжения, близкие к нормативным характеристикам прочности металла. Поэтому даже небольшие отклонения действительных условий от расчетных приводят объект в предельное состояние. Наиболее информативным комплексным показателем работоспособности трубопроводов является эффективность функционирования, расчет которой затруднен в связи с ее сложностью. По данной методике эффективность функционирования W(t) находится в виде аддитивной модели, представляющей сумму произведений коэффициентов весомости и соответствующих безразмерных частных характеристик эффективности.
Выделим три частных характеристик эффективности функционирования: надежность функционирования, стоимость эксплуатации и поставка продукта. Для каждой выделенной характеристики рассматриваем две модели: обычное функционирование и функционирование с учетом мониторинга температурных аномалий в ММГ трассы.
Вероятность нормального функционирования Pf(t) - более полная характеристика надежности объекта длительного использования, учитывающая его начальное состояние, безотказность и восстанавливаемость. Pf(t) найдем по формуле полной вероятности сложного события. Предполагая потоки отказов и восстановлений простейшими и пренебрегая членами высших порядков малости, получим (5):
где Р(0) - вероятность исправного состояния объекта в начальный момент времени, характеризуемая коэффициентами готовности или использования;
1-Р(0) - вероятность неисправного состояния объекта к начальному моменту времени его применения;
P(t) - вероятность безотказной работы;
P(t-τ) - вероятность безотказной работы объекта за оставшееся время (t-τ), безусловно, достаточное для его восстановления.
Выявлена закономерность (фиг. 4): на этапе длительной эксплуатации линейного объекта, проложенного в зоне ММГ с возможным появлением температурных аномалий, надежность функционирования снижается, но с использованием результатов мониторинга по предложенному способу она снижается существенно меньше за счет своевременного и оперативного воздействия на участки с возникшими температурными аномалиями. Вторая модель надежности функционирования Pfs(t) получается путем умножения (5) на выявленную функцию f1(U), учитывающую влияние своевременного, оперативного и более объективного воздействия на участки с возникшими температурными аномалиями.
Следующая частная характеристика - стоимость эксплуатации линейного объекта, проложенного в зоне ММГ, находится как сумма основных расходов в течение года (6). Выразим ее в долях общей стоимости объекта:
где Скз(Х) - годовые расходы на защиту от коррозии;
Срем(t) - годовая стоимость ремонта;
Сзп(t) - зарплата обслуживающего персонала в течение года;
Спр(t) - прочие годовые расходы на эксплуатацию;
С0 - проектная стоимость трубопровода, проложенного в зоне ММГ (все в тыс. руб.);
ϕ(t) - функция, учитывающая повышение расходов на ремонт в процессе длительной эксплуатации.
Установлено (фиг. 5), что на этапе длительной эксплуатации с увеличением наработки стоимость эксплуатации повышается, но с использованием результатов мониторинга температурных аномалий в ММГ трассы она повышается существенно меньше за счет увеличения межремонтного цикла и уменьшения расходов на ремонт. Эта закономерность справедлива даже с учетом некоторого возрастания стоимости за счет расходов на формирование базы данных и разработки соответствующего программного комплекса. Поэтому, вторая модель стоимости эксплуатации Сэs(t) линейного объекта, проложенного в зоне ММГ, получается путем умножения (6) на выявленную функцию f2(U), учитывающую увеличение межремонтного цикла и уменьшение расходов на ремонт за счет использования результатов мониторинга температурных аномалий в ММГ.
Третья по важности частная характеристика эффективности функционирования -суммарный объем поставки продукта за время функционирования объекта (фиг. 6) определяется формулой (7):
где Q и Qном - фактическая и номинальная объемные производительности (м3/с), определяемые из соотношений: Q=PFV; Qном=PномFномVном. В соотношениях Р, Рном - рабочее и номинальное давление, МПа; F, Fном - фактическая и номинальная площадь сечения, м2; V, Vном - фактическая и номинальная скорость транспортировки продукта, м/ч; Тнорм - нормированный срок службы ПО.
Вторая модель объема поставки продукта Rs(t) получается путем умножения (7) на выявленную функцию f3(U), учитывающую повышенные возможности соблюдения эксплуатационных режимов и сохранения проектных параметров, а также уменьшение времени простоя в ремонтный период и сокращение продолжительности ремонтов.
С учетом найденных значений частных характеристик: надежности функционирования, стоимости эксплуатации и поставки продукта оценим эффективность функционирования W(t) участка трубопровода (8), проложенного в зоне ММГ:
где α1=0,47, α2=0,35, α3=0,18 - коэффициенты влияния частных характеристик на эффективность функционирования участка трубопровода, значения которых определены экспертной оценкой, проведенной среди соответствующих специалистов.
Результаты расчета эффективности функционирования трубопровода для двух вариантов моделей приведены на фиг. 7. Анализ полученных результатов позволяет заключить, что для обеих моделей вероятность нормального функционирования Pf(t) участка трубопровода в исследуемом интервале времени монотонно убывает, поставка продукта растет, а относительная стоимость эксплуатации участка трубопровода увеличивается. Проведение мониторинга температурных аномалий в ММГ трассы линейного объекта повышает надежность функционирования трубопровода в среднем на 5,6%, стоимость эксплуатации уменьшается на 4,2%, поставка продукта возрастает на 7,4%, а эффективность функционирования возрастает в среднем на 7,8…10,1%.
Таким образом, предложенный способ выявляет температурные аномалии в ММГ с высокой технико-экономической эффективностью, а также существенно повышает вероятность выявления опасных существенных перемещений ММГ при его оттаивании.
Claims (16)
- Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте (ММГ) трассы линейного объекта, путем послойного измерения температуры ММГ в каждой термоскважине выбранного участка, расположенного вдоль трассы линейного объекта, отличающийся тем, что по сигналам от датчиков температуры в каждой термоскважине определяют слой, которому принадлежит граница оттаивания ММГ, затем с учетом влияния на формирование границы оттаивания грунта определяют весовые коэффициенты αi для вышерасположенных слоев ММГ в каждой термоскважине участка, находят взвешенную по слоям температурную модель θj для j-й термоскважины проверяемого участка трассы линейного объекта по соотношению (1):
-
- где θj - взвешенная по слоям температурная модель для j-й термоскважины;
- - знак алгебраической суммы по слоям от слоя, содержащего границу оттаивания грунта i=1, до поверхностного слоя k;
- αi - весовой коэффициент для i-го слоя, нормированная величина которого характеризует его вклад во взвешенную по слоям грунта температурную модель θj;
- Ti - температура i-го слоя грунта в j-й термоскважине;
- определяют с учетом величин взвешенных по слоям температурных моделей θj весовые коэффициенты βi для всех термоскважин, вошедших в выбранный участок трассы линейного объекта; находят соответствующую взвешенную температурную модель θuh участка трассы линейного объекта по соотношению (2):
-
- где θuh - взвешенная по грунту расположения термоскважин температурная модель участка трассы линейного объекта;
- j - текущий индекс для термоскважин проверяемого участка трассы линейного объекта;
- n - количество учитываемых термоскважин на участке;
- βj - весовой коэффициент для j-й термоскважины на проверяемом участке трассы линейного объекта; находят температурные отклонения Δj для каждой термоскважины между взвешенными по слоям температурными моделями термоскважин участка трассы линейного объекта и взвешенной по термоскважинам температурной моделью участка θuh по соотношению (3):
-
- далее в соответствии с априорными данными выясняют максимально допустимую величину температурного отклонения Δmd на рассматриваемом участке трассы линейного объекта, сравнивают найденные температурные отклонения Δj с максимально допустимой величиной температурного отклонения Δmd участка по соотношению (4):
-
- в случае выполнения соотношения (4) для каждой термоскважины участка трассы линейного объекта информация поступает по выходу «Да» и ожидают поступления следующей порции температурных данных, а в случае не выполнения соотношения (4) информация поступает по выходу «Нет», при этом формируют информацию, в которую включают местоположение выявленных температурных аномалий и соответствующие величины температурных отклонений, затем выбирают следующий участок трассы линейного объекта и переходят к мониторингу его температурных аномалий в ММГ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126860A RU2669602C1 (ru) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017126860A RU2669602C1 (ru) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2669602C1 true RU2669602C1 (ru) | 2018-10-12 |
Family
ID=63862299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017126860A RU2669602C1 (ru) | 2017-07-25 | 2017-07-25 | Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669602C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101256095A (zh) * | 2007-03-01 | 2008-09-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种管道安全预警监控系统 |
| RU2451874C1 (ru) * | 2011-03-29 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" | Способ мониторинга и оценки технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации |
| RU134320U1 (ru) * | 2013-06-27 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Устройство мониторинга температурного профиля вдоль трубопроводных систем |
| RU2571497C1 (ru) * | 2015-01-21 | 2015-12-20 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Способ мониторинга технического состояния трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты |
| RU2588076C2 (ru) * | 2014-11-26 | 2016-06-27 | Дарья Васильевна Шевелева | Способ определения температуры многолетне-мерзлых пород вокруг скважины и температуры флюида в скважине |
| RU2613907C2 (ru) * | 2015-09-14 | 2017-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ осуществления мониторинга за параметрами почвы |
-
2017
- 2017-07-25 RU RU2017126860A patent/RU2669602C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101256095A (zh) * | 2007-03-01 | 2008-09-03 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种管道安全预警监控系统 |
| RU2451874C1 (ru) * | 2011-03-29 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" | Способ мониторинга и оценки технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации |
| RU134320U1 (ru) * | 2013-06-27 | 2013-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Устройство мониторинга температурного профиля вдоль трубопроводных систем |
| RU2588076C2 (ru) * | 2014-11-26 | 2016-06-27 | Дарья Васильевна Шевелева | Способ определения температуры многолетне-мерзлых пород вокруг скважины и температуры флюида в скважине |
| RU2571497C1 (ru) * | 2015-01-21 | 2015-12-20 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") | Способ мониторинга технического состояния трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты |
| RU2613907C2 (ru) * | 2015-09-14 | 2017-03-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ осуществления мониторинга за параметрами почвы |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Petersen et al. | Fault displacement hazard for strike-slip faults | |
| RU2451874C1 (ru) | Способ мониторинга и оценки технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации | |
| US9857500B2 (en) | Method to constrain a basin model with curie depth | |
| Zaluski et al. | Monitoring technology ranking methodology for CO2-EOR sites using the Weyburn-Midale Field as a case study | |
| RU2423306C1 (ru) | Способ оценки влияния геодинамических факторов на безопасность эксплуатации подземного хранилища газа в пористом пласте | |
| Kamnev et al. | Automated monitoring the temperature under buildings with pile foundations in Salekhard (preliminary results) | |
| CN116205409A (zh) | 一种地质灾害及外力影响下管道风险识别方法及系统 | |
| Goda et al. | Rapid tsunami loss estimation using regional inundation hazard metrics derived from stochastic tsunami simulation | |
| RU2669602C1 (ru) | Способ мониторинга температурных аномалий в многолетнемерзлом грунте трассы линейного объекта | |
| Chen et al. | A decade review of the art of inspection and monitoring technologies for long-distance oil and gas pipelines in permafrost areas | |
| Moya et al. | Alternative geohazard risk assessment and monitoring for pipelines with limited access: Amazon jungle example | |
| Suryo | Real-time prediction of rainfall induced instability of residual soil slopes associated with deep cracks | |
| US9695684B2 (en) | System and method for predicting the front arrival time in reservoir seismic monitoring | |
| Moya et al. | Integration of monitoring and inspection systems for geohazard assessment on pipelines that cross Amazonian Jungles and the Andes | |
| Boukhemacha et al. | Combined in-situ and Persistent Scatterers Interferometry Synthetic Aperture Radar (PSInSAR) monitoring of land surface deformation in urban environments-case study: tunnelling works in Bucharest (Romania) | |
| Jiang et al. | A multisource monitoring data coupling analysis method for stress states of oil pipelines under permafrost thawing settlement load | |
| Zhang et al. | A new zonation algorithm with parameter estimation using hydraulic head and subsidence observations | |
| Hill et al. | Preliminary evaluation of the importance of existing hydraulic-head observation locations to advective-transport predictions, Death Valley regional flow system, California and Nevada | |
| Litynski et al. | US Department of Energy efforts to advance remote sensing technologies for monitoring geologic storage operations | |
| Oswell et al. | International perspective of pipeline geotechnical advances and current challenges (We Are More Fallible Than We Think We Are) | |
| Richards et al. | Demonstrating novel monitoring techniques at an ethanol 180,000-MT/YR CCS project in North Dakota | |
| Tiugaleva et al. | Method of iceberg hazard estimation in the Kara Sea, based on realizations of the numerical model | |
| Ji et al. | Digital Twin of Buried Oil Pipe in Permafrost Regions: A Multi-Source Monitoring and Numerical Simulation Model | |
| Struchkova et al. | Geotechnical Monitoring of Pipeline Systems Operating Under Conditions of Permafrost (Yakutia) | |
| Droździel et al. | Non-contact method of estimation of stress-strain state of underground pipelines during transportation of oil and gas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190726 |