WO2015147686A1 - Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты - Google Patents

Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты Download PDF

Info

Publication number
WO2015147686A1
WO2015147686A1 PCT/RU2014/000221 RU2014000221W WO2015147686A1 WO 2015147686 A1 WO2015147686 A1 WO 2015147686A1 RU 2014000221 W RU2014000221 W RU 2014000221W WO 2015147686 A1 WO2015147686 A1 WO 2015147686A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pipeline
coordinates
deformation
server
geodetic
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000221
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Викторович ЛИСИН
Павел Александрович РЕВЕЛЬ-МУРОЗ
Зуфар Амирович ЗАРИПОВ
Анатолий Евгеньевич СОЩЕНКО
Алексей Владимирович ХАБАРОВ
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть")
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть"), Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов" filed Critical Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть")
Priority to PCT/RU2014/000221 priority Critical patent/WO2015147686A1/ru
Priority to EP14887017.3A priority patent/EP3124841B1/en
Priority to CA2942860A priority patent/CA2942860C/en
Publication of WO2015147686A1 publication Critical patent/WO2015147686A1/ru
Priority to US15/226,897 priority patent/US10578253B2/en

Links

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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L1/00—Laying or reclaiming pipes; Repairing or joining pipes on or under water
    • F16L1/024—Laying or reclaiming pipes on land, e.g. above the ground
    • F16L1/026—Laying or reclaiming pipes on land, e.g. above the ground in or on a frozen surface
    • 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
    • F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
    • F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/421—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/421—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system
    • G01S19/423—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system by combining or switching between position solutions derived from different satellite radio beacon positioning systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/421—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system
    • G01S19/425—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system by combining or switching between signals derived from different satellite radio beacon positioning systems

Definitions

  • the invention relates to the field of engineering geodesy and can be used to monitor the condition, including the position and deformation of pipelines.
  • the claimed invention relates to the control of elevated trunk pipelines - extended objects, the routes of which are laid in a variety of topographic, geological, hydrogeological and climatic conditions, including in permafrost zones.
  • the pipe may deform together with the soil. Therefore, one of the important controlled parameters is the horizontal-vertical position (PVP) of the linear part of the pipeline.
  • PVP horizontal-vertical position
  • the invention also knows the invention according to the patent of the Russian Federation .357205 (IPC G01 B 1 1/16, publication date 05/27/2009), concerning a system for determining the deformations of building structures and structures.
  • the known device consists of a motorized electronic total station with a glass protective cap installed inside the building with a foundation plate, a support contour and a coating.
  • the total station is connected by cable to a computer and has the ability to optical contact with deformation marks in the form of triple prism reflectors installed on controlled building structures.
  • the marks mounted on the cover are fixed by means of clamps on the outlets of the cover.
  • One of these brands is a control and is equipped with an additional reflector.
  • the distance between the reflectors is metrologically certified according to the measured coordinates.
  • the disadvantage of the system is that in conditions of remoteness of the pipeline and permafrost, it is impossible to provide an electronic total station with constant electrical power. In addition, there may be a violation of accurate positioning and performance when installing a total station in a remote area in the absence of protection and in the conditions of atmospheric and natural influences.
  • the disadvantage of this method is the lack of the ability to connect power sensors, given a sufficiently large number of them on the main pipeline.
  • the known measurement method is rather narrow in application and unsuitable for use as a means of monitoring trunk pipelines, since there are no means of accumulation and data processing.
  • the objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of operation and environmental safety of high pressure pipeline systems, with which they ensure the transportation of hazardous liquids and gases at oil and gas facilities, through the introduction of modern methods of monitoring and diagnostics of pipeline systems, providing a comprehensive assessment of their technical condition and compliance with current parameters to the design values, in particular, the planning and altitude position.
  • the technical result achieved by using the claimed invention consists in the use of a set of interconnected monitoring measures, including control of the position of deformation marks using optical geodetic instruments and using mobile satellite geodetic receivers, monitoring the position of deep benchmarks using mobile satellite geodetic receivers, using the state system coordinates only at the initial stage for linking network points to the local coordinate system, p Conducting geodetic measurements in the local coordinate system, reducing the time and labor required to determine the coordinates of the pipeline for operational needs, simplifying the procedure for handling, storing and transmitting data on the plan-height position of the pipeline when performing measurements while increasing the reliability (accuracy) and speed of forming the result obtained data on the current position of pipelines and supports,
  • the high quality of the control system for the position of the pipeline supports is provided by
  • the method for monitoring the position of the overhead laying pipeline in permafrost conditions includes installing, during the installation of the pipeline, at least 0.5 m from the earth’s surface deformation grades on the foundation pile piles of the pipeline support, installing deep depth benchmarks that place at a distance of not more than 1.5 km from each other and not more than 50 meters from the supports, the installation of reference stations along the pipeline at a distance of 20 - 40 km from each other, I provide their exact positioning and transmission of information to a server that uses this information to calculate the necessary corrections for transferring them to mobile GPS / GLONASS receivers (rovers), as a result of which the exact coordinates of its location are displayed on the controller’s display to the rover in real time .
  • a server that uses this information to calculate the necessary corrections for transferring them to mobile GPS / GLONASS receivers (rovers), as a result of which the exact coordinates of its location are displayed on the controller’s display to the rover in real time .
  • readings of the zero vertical-height position of the pipeline are taken, and these readings are transmitted to the server, where, according to the results of all measurements of the zero cycle, a design digital model of the pipeline is built, then, at each control measurement, the readings from the deformation marks and benchmarks of the current planning and high-altitude position (PVP), then transmit the readings to the server, where they build the current digital pipeline model, which is compared with the design digital pipeline model, and determines lyayut pipeline sections, for which the deviation of the current position of its design and exceeds the allowable value. thereby, reveal a section of the pipeline with a changed position of the supports of the pipeline.
  • PVP current planning and high-altitude position
  • the readings of the current height and height position at the zero cycle are taken with optical control devices, during the first year of operation of the pipeline, the PVP readings are taken with the rover at least 1 time per month, and then during operation at least 2 times a year.
  • the deformation marks used in the implementation of the proposed method are made of rolled steel, for example, a steel corner, pipe or reinforcement, with the formation of an acute angle, while the marks are fixed to a metal grillage or head of the support pile in such a way that the top of the acute angle is the top point of the deformation stamps, the position of which is the point of taking readings of the planning and altitude position.
  • a deformation mark is provided to each pile of the foundation of the pipeline support.
  • the deep benchmarks used in the implementation of the proposed method are a metal pipe with a diameter of 57 mm and a length of 1.6 m, a reference head made of stainless steel with a polished spherical surface, and a concrete “anchor” installed in a well with a diameter of 500 mm, the benchmark is equipped with a protective casing of a metal pipe with a diameter of 426 mm filled with sandy non-porous soil.
  • Each benchmark is set to a depth of not less than the depth of the boundary of the maximum seasonal thawing of soils increased by 1 m, in particular, to a depth of not less than 11 m.
  • Sensors of a plan-height position can be placed on the compensators in the place of the maximum possible change in the position of the pipeline, information the sensors are then sent to the server using a fiber optic communication line or using a radio modem through a reference station.
  • the error in the PVP measurement does not exceed ⁇ 25 mm
  • the error in the measurement of PVP does not exceed ⁇ 40 mm.
  • Each reference station contains a receiver with an antenna of the global navigation satellite system (GNSS) with systems for suppressing multipath and reflected signals, a mounting device on a fixed object; an interface for connecting a computer with a controller function to configure the equipment of a permanent reference station; software to perform the basic functions of a reference station; backup power supply (if necessary).
  • GNSS global navigation satellite system
  • FIG. 1 schematically shows a variant of placement of the depth benchmark
  • FIG. 2 schematically shows a possible installation of a reference station antenna.
  • FIG. 3.4 schematically presents options for placing a deformation mark on a pile of the foundation of the support.
  • FIG. 5-11 schematically shows the mutual arrangement of deformation marks, deep benchmarks, reference stations, benchmarks of the state geodetic system and the interaction between them.
  • 1 - deep benchmark of the local geodetic network 2 - reference station, 3 - deformation mark, 4 - pile, 5 - pipeline, 6 - pipeline support, 7 - server, 8 - measuring instruments, 9 - benchmark of the state geodetic network.
  • the inventive method is implemented during operation of the pipeline with the installation of the geodetic network, however, the first necessary actions are already taken at the stage of installation of the pipeline and installation of supports.
  • the geodetic network on the main pipeline secures a single coordinate system (or several interconnected coordinate systems).
  • the accuracy of the network construction provides an assessment of the margin of safety and the residual life of the pipeline in the monitoring mode of its condition.
  • a geodetic network is built along the pipeline in the form of data centers reference stations (ground-based geodetic points) located in its nodes, and many special control deformation marks fixed on the supports of the pipeline.
  • reference stations specialized geodetic receivers of the navigation signal of global navigation satellite systems (GNSS) are used.
  • GNSS global navigation satellite systems
  • the depth benchmark consists of a metal pipe (reference pipe) with a diameter of 57 mm and a length of 1.6 m, a reference head and a concrete “anchor” installed in the well with a diameter of 500 mm.
  • a special spherical head is welded to the upper part of the reference pipe, made of stainless steel with a polished spherical surface with a radius of 25 mm.
  • a 3 mm deep hole is made in the spherical head.
  • the lower part of the deep benchmark is equipped with an "anchor" to increase stability and counter the possible forces of frost heaving.
  • Anchor can be made in two ways: at the installation site of the benchmark or in the factory.
  • the “anchor” In the manufacture of the “anchor” in the field (at the bench mounting site), a sheet with a thickness of 4 mm, a width of 50 mm and a length of 1000 mm in the form of a “screw” is welded to the end of the reference pipe. Then a cement-sand mortar 20 cm thick from the bottom of the well is poured into the well. In the factory, the “anchors” are made of concrete with the installation of embedded parts. The embedded part is made of a pipe with a diameter of 57 mm of a 4x50 mm sheet welded to it. An "anchor" with a reference pipe is connected using a threaded connection.
  • the reference pipe is protected against frost forces by means of a protective pipe with a diameter of 89 mm with two sealing cuffs at the ends.
  • the space between the reference and protective pipes is filled with TsIATIM 221 grease or an equivalent, taking into account the grease’s working capacity for at least 40 years and the operating temperature range from minus 60 to plus 150 ° ⁇ .
  • TsIATIM 221 grease or an equivalent taking into account the grease’s working capacity for at least 40 years and the operating temperature range from minus 60 to plus 150 ° ⁇ .
  • the casing cover is also made of a pipe with a diameter of 426 mm from sheet steel with a thickness of 8 mm.
  • 4 special guides are welded to the inner surface of the casing. 200 mm long, made of pipe segments with a diameter of 426 mm. A special identification mark is welded to the top of the lid, made of reinforcement 800 mm long and a metal sheet 3 mm thick, which indicates the reference number, name and contact information of the operating organization. Filling around the deep benchmark in a radius of 1.0 m and to the maximum seasonal thawing depth (2.5 m) is made from non-porous soils (dry sand of medium size or fine).
  • stamps designed to monitor the deformation of the pipeline during overhead installation are mounted on piles 4 supports 6.
  • Deformation marks are made of rolled steel (reinforcing, round steel, angles and etc.) with turning to obtain a spherical surface when installing a corner vertically or by cutting a corner for fixed installation of a rail when the corner is in a horizontal position.
  • the deformation mark can be directly fixed to the supporting structure or through an additional channel. Fastening, as a rule, is carried out by a weld to the pile heads.
  • Deformation marks are assigned a serial number for accounting and zero measurement of their altitude is performed. The number of grades fixed on the pipeline largely depends on the accuracy requirements for measuring the PVP values and the capabilities of the in-line diagnostics device.
  • a network of reference stations is a set of permanently operating satellite (GNSS) reference stations installed on the ground according to a given pattern, the relative position of which is determined in a single coordinate system, combined by communication channels for collecting and processing geodetic data in a single center for storing and processing geodetic data (TSOGD server ) so as to enforce measurements and determination of the spatial location of objects over a vast area with equal accuracy and in a single reference frame of time and space.
  • GNSS permanently operating satellite
  • Reference stations are placed on buildings and structures in the service line of the main pipeline or on special deep benchmarks, that is, the stations are installed of two types - with deepening in the ground, and an external antenna part to which power is supplied from any possible energy source (power line, autonomous source ), and stations installed on the control valve control box.
  • Stations of the second type are a container in which the control panels of the automatic reference station are mounted on the roof of the block box.
  • composition of the equipment of permanent reference stations includes:
  • multi-frequency GLONASS or GLONASS / GPS geodetic GNSS antenna with systems for suppressing multipath and reflected signals, an eccentricity index of the phase center of not more than 2 mm, a device for fastening on a fixed object;
  • a computer with a controller function to configure the equipment of a permanent reference station
  • Subscriber equipment - mobile stations equipped with GLONASS consumer multi-frequency navigation equipment or
  • the subscriber equipment includes the following equipment:
  • GLONASS consumer multi-frequency navigation equipment
  • a Center for storage and processing of geodetic data (TSOGD) is installed, which includes one or more servers with special network software.
  • TOGD geodetic data
  • the computing center carries out:
  • control center software real-time monitoring of user work is organized with their identification and taking into account RTK measurement sessions, automatic processing of user measurements together with data from base stations, calculation of user object coordinates and reporting.
  • SHOGD should provide:
  • composition of the GPS / GLONASS receiver equipment should include: - the multi-frequency navigation equipment of the GLONASS consumer or
  • GPS / GLONASS receivers should be specifically designed for use in networks of reference stations.
  • the planned-height position of the pipeline is determined by the spatial coordinates of its axis at control points.
  • FIG. 5 schematically presents the first stage of the implementation of the proposed method - the creation of a local reference geodetic network, consisting of deep benchmarks 1, the coordinates of which are determined by the benchmarks of the state geodetic network 9 by determining the coordinates and elevations, and then using the key are converted into the coordinates of the local geodetic network.
  • the local geodetic network is located along the pipeline.
  • the number of points that determine the PVP should not be less than the number provided for by the documents regulating the alignment work when the pipeline route is laid out in kind.
  • control points are determined at least every 100 m, in individual sections - after 10 m and additionally in places where the direction of the axis of the pipeline changes, including inflection points on the profile.
  • Figure 6 schematically shows the second stage of implementation of the proposed method
  • Figure 7 schematically shows the third stage of implementation of the proposed method
  • a zero cycle of measuring strain marks obtaining their coordinates and elevations in relation to the coordinates of the benchmarks in the local reference geodetic network.
  • the coordinates of the grades are measured using measuring instruments 8, namely optical geodetic instruments (level, theodolite, total station).
  • measuring instruments 8 namely optical geodetic instruments (level, theodolite, total station).
  • a database of a zero measurement cycle is formed, which characterizes the design position of the pipeline.
  • a database with a digital model of the pipeline containing the values of the PVP of the pipeline is placed on the server 7.
  • the fourth stage of implementation of the proposed method is the receipt, processing of data of the zero measurement cycle and the construction of a digital model of the pipeline according to the readings.
  • the information is transmitted to the server 7, which performs the above operations, and stores the processed data for future use.
  • Figure 9 shows the location of the reference stations 2 and the determination of their coordinates according to the benchmarks of the state geodetic network 9, followed by conversion using the key into local geodetic coordinates.
  • Reference stations provide corrective information for high-precision determination of coordinate data on the ground using rovers.
  • the physical implementation of the local coordinate system is provided by a network of geodetic points located on the ground, built in the form of a set of interconnected reference stations.
  • Figure 10 schematically shows the process of current measurements for monitoring the position of the pipeline.
  • the operator using the rover, which receives corrective information from reference stations, collects coordinate data and elevations from deformation marks and deep benchmarks. This data is transmitted to the server for analysis and processing.
  • Figure 1 1 presents the final stage of the implementation of the proposed method, which is a comparison of the data received and processed by the server during the formation of the zero measurement cycle with the data of the current measurement cycle received from the rovers. Based on the comparison results, the server determines the identity of the zero and current positions of the measurement points or fixes the deviation. If a server detects deviations from the value of the zero cycle of a particular measurement point, this point is identified by the coordinates attached to it, the problematic section of the pipeline is localized and measures are taken to restore the design position of the pipeline and, accordingly, the measurement point.
  • the server must be provided with continuous communication with reference stations and receive data with a pre-selected refresh rate.
  • Various methods can be used to transfer data from reference stations to a server (to the control center):
  • the modem in the control center can be connected directly to the PC serial port via RS232, but if you need to connect several reference stations, you can use a CISCO router.
  • the router is designed to transmit data via the LAN to the control center computer. This is an extensible solution, taking into account the number of supported lines, and it allows the use of an almost unlimited number of data lines.
  • the computer running GPSNet receives this data through the IP protocol from the CISCO router. Remote reference stations are identified by the TCP / IP port numbers. - A frame relay connection can be used. Although this method is not always feasible using telephone networks, it may be the best method for transmitting data over long distances.
  • - Data can also be transmitted over the Internet using DSL or other access.
  • the serial protocol must be converted to TCP / IP.
  • the objects of the oil and gas complex are complex, dynamic and open geotechnical systems (GTS) that interact with the surrounding (external) environment.
  • GTS geotechnical systems
  • the negative impact of such objects change the properties and state of the environment.
  • Such an interaction is clearly seen in the permafrost zone.
  • Permafrost rocks (IMF) used as the foundations of engineering objects, due to physical and mechanical heat transfer, can be both in hard frozen and in plastic frozen conditions.
  • the bearing capacity of the IMF changes, leading to the occurrence of deformations of engineering objects.
  • deformation can cause emergency situations at oil and gas facilities and unscheduled repairs that require additional financial and economic costs.
  • Information on the technical and spatio-temporal state of the hydraulic structures can be obtained with properly organized geodetic monitoring. Geodetic monitoring of such objects is carried out at all stages of the life cycle of structures: surveys, construction, operation or their elimination.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области инженерной геодезии и может быть использовано для мониторинга состояния, в том числе положения и деформации, трубопроводов. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в использовании комплекса взаимосвязанных мер по мониторингу, включающих контроль положения деформационных марок с помощью оптических геодезических приборов и с помощью мобильных спутниковых геодезических приемников, контроль положения глубинных реперов с помощью мобильных спутниковых геодезических приемников, использование государственной системы координат только на начальном этапе для привязки пунктов сети к местной системе координат, проведение геодезических измерений в местной системе координат, снижении времени и трудозатрат на выполнение работ по определению координат нефтепровода для эксплуатационных нужд, упрощения процедуры обращения, хранения и передачи данных о планово-высотном положении нефтепровода при выполнении измерений при повышении достоверности (точности) и скорости формирования результата получаемых данных о текущем положении трубопроводов и опор.

Description

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ НАДЗЕМНОЙ ПРОКЛАДКИ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области инженерной геодезии и может быть использовано для мониторинга состояния, в том числе положения и деформации, трубопроводов.
Заявляемое изобретение касается контроля надземных магистральных трубопроводов — протяженных объектов, трассы которых прокладываются в разнообразных топографических, геологических, гидрогеологических и климатических условиях, в том числе в зонах многолетнемерзлых грунтов. В результате совокупного воздействия этих условий возможна деформация трубы вместе с грунтом. Поэтому одним из важных контролируемых параметров является планово-высотное положение (ПВП) линейной части трубопровода.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из заявки KR201 10057066 (МПК G08B 21/18, дата публикации 24.12.2012) известен способ контроля за состоянием нефтепровода, состоящий из сбора информации о состоянии трубопровода по различным каналам, включая видеоканал, инфракрасные лучи и т.д., и на основе комбинации обработанных результатов потоковых данных всех каналов информации, позволяющий сделать вывод о состоянии трубопровода. Способ имеет высокую точность измерения, однако использование заявляемого способа в высоких широтах и удаленных районах не представляется возможным, поскольку невозможно обеспечить электрическое питание, устойчивость работы и надежность комплекса точных приборов ввиду крайне низких температур и удаленности от поселений.
Способы и методы геотехнического мониторинга состояния надземных трубопроводов описаны в автореферате «Контроль деформированного состояния надземных трубопроводов в криолитозоне» диссертационной работы Витченко А. С. Методика контроля деформированного состояния надземных трубопроводов используется в ходе планирования и реализации ремонтно-восстановительных работ газопромысловых трубопроводов, включая технологические трубопроводы обвязок ДКС (Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat http://www.dissercat.com). В работе даны определения допустимых значений геометрических параметров деформированного состояния надземных трубопроводов. Для определения критериев оценки напряженно-деформированного состояния трубопроводов использованы параметры, описьшающие геометрическую форму искривленных участков, таких как уклон прямолинейного участка трубопровода, изменение уклона по сравнению с базовым измерением, прогиб прямолинейного участка трубопровода, изменение прогиба по сравнению с базовым измерением. Эти данные получены, в том числе, и по показаниям деформационных марок.
Из уровня техники также известно изобретение по патенту РФ .357205 (МПК G01 B 1 1/16, дата публикации 27.05.2009), касающееся системы для определения деформаций строительных конструкций и сооружений. Известное устройство состоит из моторизованного электронного тахеометра со стеклянным защитным колпаком, установленного внутри здания с фундаментной плитой, опорным контуром и покрытием.
Тахеометр соединен кабелем с компьютером и имеет возможность оптического контакта с деформационными марками в виде трипельпризменных отражателей, установленных на контролируемых строительных конструкциях. Марки, установленные на покрытии, зафиксированы посредством зажимов на выпусках покрытия. Одна из этих марок является контрольной и снабжена дополнительным отражателем. Расстояние между отражателями метрологически аттестовано по измеряемым координатам.
Недостаток системы заключается в том, что в условиях удаленности трубопровода и вечной мерзлоты невозможно обеспечить постоянным электрическим питанием электронный тахеометр. Кроме того, возможно нарушение точного позиционирования и работоспособности при установке тахеометра в удаленной местности при отсутствии охраны и в условиях атмосферных и природных воздействий.
Известно также техническое решение по патенту РФ на изобретение JYO2413055 (МПК E02D 1/08, дата публикации 27.02.201 1), касающееся способа измерения осадок фундаментов, который включает периодические измерения положения марки, расположенной на фундаменте, относительно практически неподвижного репера. Положение марки по высоте измеряют датчиком линейных перемещений с преобразователем значений этих перемещений в электрический сигнал относительно практически неподвижного репера, расположенного под маркой в грунте ниже промерзания грунта и зоны его деформации от фундамента.
Недостаток способа заключается в отсутствии возможности подключения питания датчиков, учитывая достаточно большое их количество на магистральном трубопроводе. Кроме того, известный способ измерения достаточно узок в применении и непригоден для использования в качестве средства мониторинга магистральных трубопроводов, так как отсутствуют средства накопления и обработки данных.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности эксплуатации и экологической безопасности трубопроводных систем высокого давления, с помощью которых обеспечивают транспортировку опасных жидкостей и газов на объектах нефтегазового комплекса, за счет внедрения современных методов мониторинга и диагностики трубопроводных систем, предусматривающих всестороннюю оценку их технического состояния и соответствия текущих параметров проектным значениям, в частности, планово-высотному положению.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в использовании комплекса взаимосвязанных мер по мониторингу, включающих контроль положения деформационных марок с помощью оптических геодезических приборов и с помощью мобильных спутниковых геодезических приемников, контроль положения глубинных реперов с помощью мобильных спутниковых геодезических приемников, использование государственной системы координат только на начальном этапе для привязки пунктов сети к местной системе координат, проведение геодезических измерений в местной системе координат, снижении времени и трудозатрат на выполнение работ по определению координат нефтепровода для эксплуатационных нужд, упрощении процедуры обращения, хранения и передачи данных о планово-высотном положении нефтепровода при выполнении измерений при повышении достоверности (точности) и скорости формирования результата получаемых данных о текущем положении трубопроводов и опор,
Высокое качество системы контроля положения опор трубопровода обеспечивается:
• стабильностью пространственного положения пунктов местной геодезической сети; • обеспечением возможности контролировать стабильность пространственного положения пунктов местной геодезической сети при каждом измерении ПВП трубопровода;
• высокой точностью определения взаимного положения смежных пунктов сети;
• достаточной плотностью пунктов и краткостью промежутка времени, необходимого для измерения координат с высокой точностью;
• простотой и доступностью измерительных операций для персонала эксплуатирующей организации.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поставленная задача решается тем, что способ контроля положения трубопровода надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты, согласно техническому решению, включает установку в процессе монтажа трубопровода на расстоянии не менее 0,5 м от поверхности земли деформационных марок на сваи фундамента опоры трубопровода, установку грунтовых глубинных реперов, которые размещают на расстоянии не более 1,5 км друг от друга и не более 50 метров от опор, установку вдоль трубопровода на расстоянии 20 - 40 км друг от друга референцных станций, обеспечивающих свое точное позиционирование и передачу информации на сервер, который использует эту информацию для вычисления необходимых поправок для передачи их на передвижные GPS/ГЛОНАСС приемники (роверы), в результате чего на дисплее контроллера к роверу, в режиме реального времени, отображаются точные координаты его местоположения.
При установке грунтовых глубинных реперов и референцных станций определяют их координаты в государственной сети, при этом полученные координаты с помощью ключа переводят в местные координаты, которые передают на сервер, после чего в местной системе координат осуществляют нулевой цикл измерений координат деформационных марок относительно грунтовых глубинных реперов.
На одно измерение тратят от 1 до 3-х минут. Для сравнения: применение традиционного метода измерения координат пунктов путем использования режима «Статика», т.е. в отсутствие автоматизированной сети, требует 20 - 30 мин на измерение координат 1 точки, а также требуется постобработка данных с применением специализированного программного обеспечения на мобильном компьютере или АРМе. С деформационных марок и реперов снимают показания нулевого планово-высотного положения трубопровода, и передают эти показания на сервер, где по результатам всех измерений нулевого цикла строят проектную цифровую модель трубопровода, затем при каждом контрольном измерении с помощью ровера снимают показания с деформационных марок и реперов о текущем планово-высотном положении (ПВП), затем передают показания на сервер, где строят текущую цифровую модель трубопровода, которую сравнивают с проектной цифровой моделью трубопровода, и определяют участки трубопровода, на которых отклонение текущего его положения от проектного превышает допустимые значение и. тем самым, выявляют участок трубопровода с измененным положением опор трубопровода. Показания текущего планово-высотного положения на нулевом цикле снимают приборами оптического контроля, в течение первого года эксплуатации трубопровода показания ПВП снимают с помощью ровера не менее 1 раза в месяц, и далее в процессе эксплуатации не менее 2 раз в год. Деформационные марки, используемые при реализации заявляемого способа, выполнены из стального проката, например, стального уголка, трубы или арматуры, с образованием острого угла, при этом марки закрепляют к металлическому ростверку или оголовку сваи опоры таким образом, что вершина острого угла является верхней точкой деформационной марки, положение которой является точкой снятия показаний планово-высотного положения. Деформационной маркой снабжают каждую сваю фундамента опоры трубопровода. Глубинные реперы, используемые при реализации заявляемого способа, представляют собой металлическую трубу диаметром 57 мм длиной 1 1,6 м, реперную головку, выполненную из нержавеющей стали со шлифованной сферической поверхностью, и бетонный «якорь», установленный в скважину диаметром 500 мм, при этом репер снабжен защитным кожухом из металлической трубы диаметром 426 мм, заполненной песчаным непучинистым грунтом. Каждый репер устанавливают на глубину не менее глубины размещения границы максимального сезонного оттаивания грунтов увеличенной на 1 м, в частности, на глубину не менее 11 м. На трубопроводе на компенсаторах могут быть размещены датчики планово-высотного положения в месте максимально возможного изменения положения трубопровода, информацию с датчиков при этом направляют на сервер с помощью волоконно-оптической линии связи или с помощью радиомодема через референцную станцию. При удалении ровера от референцных станций на расстоянии не более 8-10 км погрешность измерения ПВП не превышает ±25мм, а при удалении ровера от референцных станций на расстоянии 15-20 км погрешность измерения ПВП не превышает ±40мм. Каждая референцная станция содержит приемник с антенной глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) с системами подавления многолучевости и переотраженных сигналов, устройство крепления на неподвижном объекте; интерфейс для подключения компьютера с функцией контроллера для настройки оборудования постояннодействующей референцной станции; программное обеспечение для выполнения основных функций референцной станции; блок резервного питания (при необходимости).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен вариант размещения глубинного репера,
На фиг. 2 схематично представлен возможный вариант установки антенны референцной станции.
На фиг. 3,4 схематично представлены варианты размещения деформационной марки на свае фундамента опоры.
На фиг. 5-11 схематично представлено взаимное расположение деформационных марок, глубинных реперов, референцных станций, реперов государственной геодезической системы и взаимодействие между ними.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - глубинный репер местной геодезической сети, 2 - референцная станция, 3 - деформационная марка, 4 - свая, 5 - трубопровод, 6 - опора трубопровода, 7 - сервер, 8 - средства измерения, 9 - репер государственной геодезической сети.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляемый способ реализуют в процессе эксплуатации трубопровода при устройстве геодезической сети, однако первые необходимые действия предпринимают уже на стадии монтажа трубопровода и установки опор.
Геодезическая сеть на магистральном трубопроводе закрепляет единую систему координат (или нескольких связанных между собой систем координат). Точность построения сети обеспечивает оценку запаса прочности и остаточного ресурса трубопровода в режиме мониторинга его состояния. Геодезическую сеть строят вдоль трубопровода в виде связанных с центром обработки данных референцных станций (наземных геодезических пунктов), размещенных в ее узлах, и множества специальных контрольных деформационных марок, закрепленных на опорах трубопровода. В качестве референцных станций используют специализированные геодезические приемники навигационного сигнала глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).
Для контроля высотного положения нефтепровода, состояния сопутствующих объектов, а также состояния и эффективности мероприятий инженерной защиты в период строительства магистрального трубопровода и его эксплуатации необходимо осуществление геотехнического мониторинга, для чего выполняют следующие подготовительные действия.
1. Устанавливают глубинные реперы 1 вдоль трубопровода 5. Глубинный репер состоит из металлической трубы (реперной трубы) диаметром 57 мм длиной 1 1,6 м, реперной головки и бетонного «якоря» устанавливаемый в скважину диаметром 500 мм. К верхней части реперной трубы приваривается специальная сферическая головка, изготавливаемая из нержавеющей стали со шлифованной сферической поверхностью радиусом 25 мм. В сферической головке выполняется отверстие глубиной 3 мм. Нижняя часть глубинного репера оборудуется «якорем», для повышения устойчивости и противодействия возможным силам морозного пучения. «Якорь» может быть изготовлен двумя способами: на месте монтажа репера или в заводских условиях. При изготовлении «якоря» в полевых условиях (на площадке монтажа репера), на конец реперной трубы приваривают лист с толщиной 4 мм, шириной 50 мм и длиной 1000 мм в виде «шнека». Затем в скважину заливают цементно-песчаный раствор толщиной 20 см от дна скважины. В заводских условиях «якоря» изготавливают из бетона с установкой закладной детали. Закладная деталь выполняется из трубы диаметром 57 мм приваренного к ней листа 4x50 мм. «Якорь» с реперной трубой соединяют с помощью резьбового соединения. Реперную трубу защищают от сил морозного пучения с помощью защитной трубы диаметром 89 мм с двумя герметизирующими манжетами на концах. Пространство между реперной и защитной трубами заполняется смазкой ЦИАТИМ 221 или аналогом, с учетом работоспособности смазки не менее 40 лет и рабочего диапазона температур от минус 60 до плюс 150°С. Для защиты глубинного репера от уничтожения или повреждения его оборудуют защитным кожухом из металлической трубы диаметром 426 мм, заполненной песчаным непучинистым грунтом. Защитный кожух устанавливают в заранее пробуренную скважину диаметром 500 мм. Крышку кожуха выполняют также из трубы диаметром 426 мм из листовой стали толщиной 8 мм. Для плотного прилегания крышки к кожуху после закрытия к внутренней поверхности кожуха приваривают специальные направляющие в количестве 4 шт. длиной 200 мм, выполненные из сегментов трубы диаметром 426 мм. На верх крышки приваривают специальный опознавательный знак, выполняемый из арматуры длиной 800 мм и металлического листа толщиной 3 мм, на котором указывается номер репера, наименование и контактная информация эксплуатирующей организации. Подсыпку вокруг глубинного репера в радиусе 1 ,0 м и на глубину максимального сезонного оттаивания (2,5 м) выполняется из непучинистых грунтов (сухой песок средней крупности или мелкий).
2. Устанавливают на все опоры контролируемого трубопровода в качестве геодезических знаков - деформационные марки 3. Марки, предназначенные для наблюдения за деформациями нефтепровода при надземной прокладке, монтируют на сваи 4 опоры 6. Деформационные марки изготавливают из стального проката (арматурная, круглая сталь, уголки и т.д.) с обточкой для получения сферической поверхности при установке уголка вертикально или вырезом угла для фиксированной установки рейки при расположении уголка в горизонтальном положении. Деформационная марка может быть непосредственно закреплена на несущей конструкции или через дополнительный швеллер. Крепление, как правило, осуществляют сварным швом к оголовкам свай. Деформационным маркам присваивают порядковый номер для учета и производят нулевой замер их высотного положения. Количество закрепляемых на трубопроводе марок в значительной степени зависит от требований к точности измерения значений ПВП и возможностей прибора внутритрубной диагностики.
3. Устанавливают вдоль трубопровода сеть из постоянно действующих референцных станций 2, которая охватывает своим обслуживанием всю территорию линейной части магистрального трубопровода. Сеть референцных станций - совокупность постоянно действующих спутниковых (ГНСС) референцных станций, установленных на местности по заданной схеме, относительное положение которых определено в единой системе координат, объединенные каналами коммуникаций для сбора и обработки геодезических данных в едином центре хранения и обработки геодезических данных (сервер ЦХОГД), так чтобы обеспечивать выполнение измерений и определение пространственного местоположения объектов на обширной площади с одинаковой точностью и в единой системе отсчета времени и пространства. Референцные станции размещают на зданиях и сооружениях в полосе обслуживания магистрального трубопровода или на специальных глубинных реперах, то есть станции устанавливают двух типов - с заглублением в грунт, и наружной антенной частью, к которой подводят питание от любого возможного источника энергии (линия электропередач, автономный источник), и станции, устанавливаемые на блок-бокс управления запорной арматурой. Станции второго типа представляют собой контейнер, в котором сосредоточены щиты управления автоматической референцной станцией, закрепленный на крыше блок-бокса.
В состав оборудования постояннодействующих референцных станций включено:
мультичастотная навигационная аппаратура потребителя ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS фазового режима;
мультичастотная ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS геодезическая ГНСС- антенна с системами подавления многолучевости и переотраженных сигналов, показателем эксцентриситета фазового центра не более 2 мм, устройством крепления на неподвижном объекте;
компьютер с функцией контроллера для настройки оборудования постояннодействующей референцной станции;
- программное обеспечение для выполнения основных функций референцной станции;
блок резервного питания (при необходимости);
- кондиционер (при необходимости).
Абонентское оборудование - подвижные станции (роверы), оснащенные мультичастотной навигационной аппаратурой потребителя ГЛОНАСС или
ГЛОНАСС/GPS с фазовым режимом использования и средствами связи. В состав абонентского оборудования включено следующее оборудование:
мультичастотная навигационная аппаратура потребителя ГЛОНАСС или
ГЛОНАСС/GPS фазового режима;
- мультичастотная компактная ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS антенна геодезического класса;
контроллер и программное обеспечение для выполнения основных функций подвижной станции; мобильный компьютер со специальным программным обеспечением для накопления и последующей обработки полевых измерений с возможностью подключения к сети, для получения навигационных данных, хранимых в ЦХОГД (центр хранения и обработки геодезических данных) (только для режима отложенной обработки «POST») Конструктивное решение абонентского оборудования не является предметом заявляемого изобретения и на фигурах не представлено.
В административном здании по обслуживанию магистрального нефтепровода устанавливается Центр хранения и обработки геодезических данных (ЦХОГД) в состав которого входят один или несколько серверов со специальным сетевым программным обеспечением. Вычислительный центр осуществляет:
- связь со спутниковыми приемниками одиночных базовых станций, настройку их внутренних параметров;
- прием данных с базовых станций, проверку качества, автоматическую запись файлов данных на жесткий диск компьютера (сервера центра управления);
- преобразование данных в формат RINEX, размещение файлов на FTP- сервере, или web-сайте для получения их пользователями по сети Интернет;
формирование корректирующей информации для пользователей, определяющих свое местоположение в режиме реального времени в районе покрытия сети базовых станций;
- передачу корректирующей информации через различные каналы связи
(радио, сотовая связь, Интернет);
- генерацию сообщений и ведение журнала событий в процессе работы центра управления, оповещение оператора центра управления об изменениях состояния спутников, базовых станций, линий коммуникаций и работающих с системой пользователей.
Кроме того, с помощью программного обеспечения центра управления организован контроль за работой пользователей в режиме реального времени с их идентификацией и учетом сеансов RTK-измерений, автоматическая обработка измерений пользователей совместно с данными базовых станций, вычисление координат объектов пользователя и создание отчетов.
ЦХОГД должен обеспечивать:
- непрерывное получение данных глобальных навигационных спутниковых систем от постоянно действующих референцных станций; - долговременное хранение (не менее 1 года) полученных данных от каждой постоянно действующей референцной станции;
- комплексную математическую обработку полученных данных поступающих в режиме реального времени от постоянно действующих референцных станций;
- визуализацию в режиме реального времени получаемых от постоянно действующих референцных станций данных и результатов их обработки;
- обеспечивать дистанционную диагностику постоянно действующих референцных станций;
- обеспечивать дистанционное конфигурирование постоянно действующих референцных станций;
- обеспечивать дистанционное программирование постоянно действующих референцных станций;
- обеспечивать высокую надежность и отказоустойчивость.
В состав оборудования GPS/ГЛОНАСС приемника должно быть включено: - мультичастотная навигационная аппаратура потребителя ГЛОНАСС или
ГЛОНАСС/GPS фазового режима;
- мультичастотная компактная ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS антенна геодезического класса;
- контроллер и программное обеспечение для выполнения основных функций подвижной станции;
- мобильный компьютер со специальным программным обеспечением для накопления и последующей обработки полевых измерений с возможностью подключения к сети, для получения навигационных данных, хранимых в ЦХОГД (только для режима отложенной обработки «POST»)
GPS/ГЛОНАСС приемники должны быть специально разработаны для применения в сетях референцных станциях.
Для выполнения геодезических работ на постоянно-действующих референцных станциях применяют спутниковое оборудование систем ГЛОНАСС или
ГЛОНАСС/GPS.
Планово-высотное положение трубопровода задается пространственными координатами его оси в контрольных точках.
Для реализации заявляемого способа с использованием описанного выше оборудования и аппаратуры поступают следующим образом. На фиг. 5 схематично представлен первый этап реализации заявляемого способа - создание местной опорной геодезической сети, состоящей из глубинных реперов 1, координаты которых определяются по реперам государственной геодезической сети 9 путем определения координат и высотных отметок, а затем с помощью ключа преобразуются в координаты местной геодезической сети. Местная геодезическая сеть располагается вдоль трубопровода. Количество точек, определяющих ПВП, должно быть не меньше числа, предусмотренного документами, регламентирующими разбивочные работы при выносе трассы трубопровода в натуру. В соответствии с правилами выполнения разбивочных работ контрольные точки определяются не реже чем через каждые 100 м, на отдельных участках — через 10 м и дополнительно в местах изменения направления оси трубопровода, включая точки перегиба на профиле.
На фиг.6 схематично представлен второй этап реализации заявляемого способа
- установка деформационных марок 3 на опоры 6 трубопровода надземной прокладки.
На фиг.7 схематично представлен третий этап реализации заявляемого способа
- проведение нулевого цикла измерений деформационных марок, получение их координат и высотных отметок в привязке к координатам реперов в местной опорной геодезической сети. Координаты марок измеряют при помощи средств измерения 8, а именно оптических геодезических приборов (нивелир, теодолит, тахеометр). Таким образом, формируют базу данных нулевого цикла измерений, который характеризует проектное положение трубопровода. Базу данных с цифровой моделью трубопровода, содержащую значения ПВП трубопровода размещают на сервере 7.
На фиг.8 схематично отмечен четвертый этап реализации заявляемого способа - получение, обработка данных нулевого цикла измерений и построение цифровой модели трубопровода по снятым показаниям. Информацию передают на сервер 7, который осуществляет вышеуказанные операции, и хранит обработанные данные для дальнейшего использования.
На фиг.9 представлено расположение референцных станций 2 и определение их координат по реперам государственной геодезической сети 9 с последующим преобразованием с помощью ключа в местные геодезические координаты. Референцные станции предоставляют корректирующую информацию для высокоточного определения координатных данных на местности с помощью роверов. Физическую реализацию местной системы координат обеспечивает размещаемая на местности сеть геодезических пунктов, построенная в виде совокупности взаимосвязанных референцных станций.
На фиг.10 схематично представлен процесс текущих измерений для осуществления контроля положения трубопровода. Оператор с помощью ровера, который получает корректирующую информацию от референцных станций, осуществляет сбор координатных данных и высотных отметок с деформационных марок и глубинных реперов. Эти данные передают на сервер для анализа и обработки.
На фиг.1 1 представлен заключительный этап реализации заявляемого способа, представляющий собой сравнение данных, полученных и обработанных сервером при формировании нулевого цикла измерений с данными текущего цикла измерений, полученными от роверов. По результатам сравнения сервер определяет идентичность нулевого и текущего положения точек измерения или фиксирует отклонение. В случае выявления при обработке сервером отклонения от значения нулевого цикла той или иной точки измерения, эту точку идентифицируют по привязанным к ней координатам, локализуют проблемный участок трубопровода и принимают меры по восстановлению проектного положения трубопровода и, соответственно, точки измерения.
Сервер должен быть обеспечен непрерывной связью с референцными станциями и получать данные с заранее выбранной частотой обновления. Для передачи данных с референцных станций на сервер (в центр управления) могут быть использованы различные методы:
- могут использоваться непрерывные аналоговые или цифровые модемные линии. Модем в центре управления может быть подключен к последовательному порту ПК напрямую, через RS232, но если необходимо подключить несколько референцных станций, то можно использовать маршрутизатор типа CISCO. Маршрутизатор предназначен для передачи данных через сеть LAN в компьютер центра управления. Это расширяемое решение, с учетом числа поддерживаемых линий, и оно позволяет использовать практически неограниченного число линий передачи данных. Компьютер, на котором работает программа GPSNet, принимает эти данные через IP протокол с маршрутизатора CISCO. Удаленные референцные станции идентифицируют по номерам TCP/IP портов. - может использоваться соединение на основе Frame Relay. Хотя этот метод не всегда осуществим с использованием телефонных сетей, он может быть лучшим методом передачи данных на большие расстояния. В этом случае на базовой станции необходимо использовать конвертер данных для протокола RS-232. Когда для передачи данных используется только Frame Relay, в центре управления можно поставить более простой маршрутизатор. При такой конфигурации каждая удаленная станция имеет свой собственный IP адрес, и маршрутизатор переводит данные из Frame Relay в LAN и наоборот.
- данные также могут передаваться и через Интернет с использованием DSL или иного доступа. В этом случае протокол последовательного интерфейса должен быть преобразован в протокол TCP/IP.
Объекты нефтегазового комплекса представляют собой сложные, динамические и открытые геотехнические системы (ГТС), которые взаимодействуют с окружающей (внешней) средой. Негативное воздействие таких объектов изменяют свойства и состояние окружающей среды. В свою очередь и внешняя среда, а также ее изменение, негативным образом воздействует на объекты. Такое взаимодействие отчетливо прослеживается в условиях криолитозоны. Многолетнемерзлые породы (ММП), используемые в качестве оснований инженерных объектов, вследствие физико-механического теплопереноса, могут находиться как в твердомерзлом, так и в пластично мерзлом состояниях. Вследствие этого изменяется несущая способность ММП, приводящая к возникновению деформаций инженерных объектов. При достижении критических параметров деформация может вызвать аварийные ситуации на объектах нефтегазового комплекса и проведения внеплановых ремонтных работ, требующих дополнительных финансовых и экономических затрат. Информацию о техническом и пространственно-временном состоянии ГТС можно получить при правильно организованном геодезическом мониторинге. Геодезический мониторинг таких объектов осуществляют на всех стадиях жизненного цикла сооружений: изысканиях, строительстве, эксплуатации или их ликвидации.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты, характеризующийся тем, что он включает
установку деформационных марок на сваи фундамента опоры трубопровода на расстоянии не менее 0,5 м от поверхности земли,
установку грунтовых глубинных реперов, которые размещают на расстоянии не более 1,5 км друг от друга и не более 50 метров от опор,
установку референцных станций вдоль трубопровода на расстоянии 20 - 40 км друг от друга, которые выполнены с возможностью приема-передачи информации на сервер;
при установке грунтовых глубинных реперов и референцных станций определяют их координаты в государственной сети, полученные координаты с помощью ключа переводят в местные координаты, которые передают на сервер, после чего в местной системе координат осуществляют нулевой цикл измерений координат деформационных марок относительно грунтовых глубинных реперов, по координатам марок определяют нулевое планово-высотное положение трубопровода, координаты марок также передают на сервер, и по результатам всех измерений строят проектную цифровую модель трубопровода,
далее в процессе эксплуатации трубопровода осуществляют контрольные измерения координат деформационных марок, характеризующих текущее планово- высотное положение трубопровода, при этом контрольные измерения производят с помощью мобильных GPS/ГЛОНАСС приемников, обеспечивающих получение и передачу данных измерения на сервер, строят текущую цифровую модель трубопровода, которую сравнивают с проектной цифровой моделью трубопровода, и определяют участки трубопровода, на которых отклонение текущего его положения от проектного превышает допустимые значение, при этом контрольные измерения координат деформационных марок осуществляют не менее 1 раза в месяц в течение первого года эксплуатации трубопровода и не менее 2 раз в год в оставшийся эксплуатационный период.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что измерение координат марок относительно реперов в местной системе координат, характеризующих нулевое планово-высотное положение трубопровода, осуществляют приборами оптического контроля и/или средствами глобального позиционирования.
3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в качестве мобильного приемника используют прибор, снабженный приемником GNSS и средствами беспроводной связи для приема-передачи информации на сервер.
4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что в процессе эксплуатации трубопровода осуществляют контрольные измерения координат грунтовых глубинных реперов, которые сохраняют на сервере и используют при измерении положения деформационных марок посредством приборов оптического контроля, при этом контрольные измерения координат грунтовых глубинных реперов осуществляют не менее 1 раза в месяц в течение первого года эксплуатации трубопровода и не менее 2 раз в год в оставшийся эксплуатационный период.
5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что деформационные марки выполняют из стального проката, например, стального уголка, трубы или арматуры, с образованием острого угла, при этом марки прикрепляют к металлическому ростверку или оголовку сваи опоры таким образом, что вершина острого угла является верхней точкой деформационной марки, координаты которой и определяют в процессе эксплуатации трубопровода.
6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что деформационной маркой снабжают каждую сваю фундамента опоры трубопровода.
7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что глубинный репер состоит из металлической трубы, реперной головки, выполненной из нержавеющей стали со шлифованной сферической поверхностью, и установленного в скважину бетонного «якоря», при этом репер снабжен защитным кожухом из металлической трубы, заполненной песчаным непучинистым грунтом.
8. Способ по п.1, характеризующийся тем, что каждый репер устанавливают на глубину не менее глубины размещения границы максимального сезонного оттаивания грунтов увеличенной на 1 м, в частности, на глубину не менее 11 м.
9. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что на трубопроводе на компенсаторах размещают датчики планово-высотного положения в месте максимально возможного изменения положения трубопровода, информацию с датчиков направляют сервер.
10. Способ по n. l , характеризующийся тем, что референцная станция включает мультичастотную навигационную аппаратуру потребителя ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS фазового режима; мультичастотную ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS геодезическую ГНСС-антенна с системами подавления многолучевости и переотраженных сигналов, показателем эксцентриситета фазового центра не более 2 мм, устройством крепления на неподвижном объекте; компьютер с функцией контроллера для настройки оборудования постояннодействующей референцной станции; программное обеспечение для выполнения основных функций референцной станции; блок резервного питания (при необходимости).
PCT/RU2014/000221 2014-03-28 2014-03-28 Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты WO2015147686A1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000221 WO2015147686A1 (ru) 2014-03-28 2014-03-28 Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты
EP14887017.3A EP3124841B1 (en) 2014-03-28 2014-03-28 Method and system for monitoring the position of above-ground pipelines in permafrost conditions
CA2942860A CA2942860C (en) 2014-03-28 2014-03-28 Method for monitoring the position of above-ground pipelines in permafrost conditions
US15/226,897 US10578253B2 (en) 2014-03-28 2016-08-02 Method for monitoring the position of above-ground pipelines under permafrost conditions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2014/000221 WO2015147686A1 (ru) 2014-03-28 2014-03-28 Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/226,897 Continuation US10578253B2 (en) 2014-03-28 2016-08-02 Method for monitoring the position of above-ground pipelines under permafrost conditions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015147686A1 true WO2015147686A1 (ru) 2015-10-01

Family

ID=54196056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000221 WO2015147686A1 (ru) 2014-03-28 2014-03-28 Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10578253B2 (ru)
EP (1) EP3124841B1 (ru)
CA (1) CA2942860C (ru)
WO (1) WO2015147686A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015147682A1 (ru) * 2014-03-28 2015-10-01 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") Неподвижная опора трубопровода
CN106772508A (zh) * 2017-01-19 2017-05-31 广州南方无人机技术有限公司 无人机后差分航测模块
CN107966717B (zh) * 2017-11-23 2021-05-28 千寻位置网络有限公司 低成本终端的Multi-GNSS形变监测数据处理方法
CN110715175A (zh) * 2019-10-25 2020-01-21 兰州交通大学 一种用于冻土区的智能监测输油气管道
CN113338255B (zh) * 2021-05-18 2022-10-18 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所 一种寒区铁路路桥过渡段服役性能智能预警系统
CN114016393B (zh) * 2021-08-26 2023-08-22 中国科学院西北生态环境资源研究院 一种桥墩固位系统
CN117574493B (zh) * 2023-11-13 2024-05-28 中国公路工程咨询集团有限公司 一种多年冻土地区高速公路冻土范围形变识别方法及系统
CN117948549A (zh) * 2023-12-08 2024-04-30 中国科学院西北生态环境资源研究院 一种多年冻土区埋地暖油管线移动距离监测装置的安装方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU49251U1 (ru) * 2005-07-18 2005-11-10 Красноярская государственная архитектурно-строительная академия КрасГАСА Устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях
RU2317466C1 (ru) * 2006-03-31 2008-02-20 Александр Владимирович Конюхов Способ прокладки надземных трубопроводов по трассам дорог в северных регионах
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

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4452087A (en) 1982-04-05 1984-06-05 Antonio Nicholas F D Pipeline monitoring system
US5450765A (en) * 1994-03-01 1995-09-19 Tdw Delaware, Inc. Apparatus for providing signal communication between the interior and exterior of a pipeline
NO308630B1 (no) * 1996-09-19 2000-10-02 Norske Stats Oljeselskap System for inspeksjon av rørledninger
US6084989A (en) 1996-11-15 2000-07-04 Lockheed Martin Corporation System and method for automatically determining the position of landmarks in digitized images derived from a satellite-based imaging system
US6243657B1 (en) * 1997-12-23 2001-06-05 Pii North America, Inc. Method and apparatus for determining location of characteristics of a pipeline
US6243483B1 (en) 1998-09-23 2001-06-05 Pii North America, Inc. Mapping system for the integration and graphical display of pipeline information that enables automated pipeline surveillance
US6170344B1 (en) 1999-09-29 2001-01-09 Honeywell Inc. Pipeline distortion monitoring system
US6553322B1 (en) 1999-09-29 2003-04-22 Honeywell International Inc. Apparatus and method for accurate pipeline surveying
US20010029989A1 (en) * 2000-02-17 2001-10-18 Paz German N. Pipeline identification and positioning system
CA2416171A1 (en) 2003-01-13 2004-07-13 Pure Technologies Ltd. Pipeline monitoring system
US8076928B2 (en) * 2005-05-13 2011-12-13 Nunally Patrick O'neal System and method for in-situ integrity and performance monitoring of operating metallic and non-metallic natural gas transmission and delivery pipelines using ultra wideband point-to point and point-to point and point-to-multipoint communication
US7680625B2 (en) * 2005-11-14 2010-03-16 Macsema, Inc. Systems and methods for monitoring system performance
CA2566933C (en) * 2006-10-17 2013-09-24 Athena Industrial Technologies Inc. Inspection apparatus and method
US8001858B2 (en) 2007-01-19 2011-08-23 Cogen William Pipeline inspection apparatus and method using radio frequency identification and inertial navigation
RU2334162C1 (ru) 2007-01-26 2008-09-20 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпромэнергодиагностика" Аппаратура для измерения линейных деформаций магистрального трубопровода
CA2636973C (en) * 2007-07-09 2013-12-03 Microline Technology Corporation Communication system for pipeline inspection
GB0722534D0 (en) * 2007-11-16 2007-12-27 Advanced Eng Solutions Ltd Pipeline condition detecting method and apparatus
RU2357205C1 (ru) 2007-12-18 2009-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный специализированный проектный институт" (ФГУП "ГСПИ") Система для определения деформаций строительных конструкций сооружения
WO2010014581A2 (en) * 2008-07-28 2010-02-04 Geospatial Holdings, Inc. Method, apparatus, and system for non-invasive monitoring of underground installations
RU2413055C1 (ru) 2009-10-28 2011-02-27 Открытое акционерное общество "Авангард" Способ измерения осадок фундаментов и устройство для его реализации
ATE554508T1 (de) 2009-11-23 2012-05-15 Research In Motion Ltd Akku mit verringertem magnetischem schwund
US20110161038A1 (en) 2009-12-29 2011-06-30 Jeff Sutherland System and Method for Calibration of Mounted Acoustic Monitoring System with Mapping Unit
CN102135235A (zh) * 2010-01-27 2011-07-27 捷达世软件（深圳）有限公司 空压管道监测系统及方法
CN101886743B (zh) 2010-06-30 2012-10-17 东北大学 一种定位海底管道机器人方法及装置
DE102010062191B4 (de) 2010-11-30 2012-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Pipelinesystem und Verfahren zum Betreiben eines Pipelinesystems
US9000778B2 (en) * 2011-08-15 2015-04-07 Gas Technology Institute Communication method for monitoring pipelines
US9746444B2 (en) * 2012-10-27 2017-08-29 Valerian Goroshevskiy Autonomous pipeline inspection using magnetic tomography
RU2527902C2 (ru) 2012-11-23 2014-09-10 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") Способ определения планово-высотного положения подземного магистрального трубопровода
US20140313321A1 (en) * 2013-02-13 2014-10-23 SeeScan, Inc. Optical ground tracking apparatus, systems, and methods
US8961071B2 (en) * 2013-03-15 2015-02-24 Chevron U.S.A. Inc. Systems and methods for protecting subsea pipeline from excessive stress or fatigue loading
DE102014003554A1 (de) 2013-10-09 2015-04-09 Seba-Dynatronic Mess- Und Ortungstechnik Gmbh Verfahren zur Synchronisation der Datenaufzeichnung in Rohrleitungsnetzen
RU2558724C2 (ru) 2013-12-17 2015-08-10 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") 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
CA2839467A1 (en) 2014-01-16 2015-07-16 Msp Resourcing Canada Inc Data management system and method for piping installations
RU2582428C2 (ru) 2014-03-20 2016-04-27 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты
WO2015147681A1 (ru) * 2014-03-28 2015-10-01 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") Опора подвижная трубопровода и ее опорный узел
CO6940075A1 (es) 2014-04-29 2014-05-09 Technical Qualified Personnel S A S Estación de monitoreo remoto para evaluación de riesgos geotécnicos e integridad en tuberías de transporte de hidrocarburos
US20190212131A1 (en) * 2018-01-10 2019-07-11 Quanta Associates, L.P. Pipeline depth of cover determination method and apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU49251U1 (ru) * 2005-07-18 2005-11-10 Красноярская государственная архитектурно-строительная академия КрасГАСА Устройство слежения и управления напряженно-деформируемым состоянием надземных магистральных трубопроводов, проложенных в сложных грунтовых условиях
RU2317466C1 (ru) * 2006-03-31 2008-02-20 Александр Владимирович Конюхов Способ прокладки надземных трубопроводов по трассам дорог в северных регионах
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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"VRD 39-1.10-006-2000.", PRAVILA TEKHNICHESKOI EKSPLUATATSII MAGISTRALNYKH GAZOPROVODOV (PTE MG )., 1 December 2002 (2002-12-01), Moskva, pages 1 - 3 , 20-26, 11-121, XP008184051 *
"VSN 013-88. Vedomstvennye stroitelnye normy.", STROITELSTVO MAGISTRALNYKH I PROMYSLOVYKH TRUBOPROVODOV V USLOVIYAKH VECHNOI MERZLOTY., 1 January 1989 (1989-01-01), Moscow, pages 1 - 4 , 13-17, XP055356115 *

Also Published As

Publication number Publication date
CA2942860C (en) 2020-11-24
EP3124841A1 (en) 2017-02-01
EP3124841B1 (en) 2023-10-18
EP3124841A4 (en) 2018-02-07
US20170030527A1 (en) 2017-02-02
CA2942860A1 (en) 2015-10-01
US10578253B2 (en) 2020-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2582428C2 (ru) Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты
WO2015147686A1 (ru) Способ контроля положения трубопроводов надземной прокладки в условиях вечной мерзлоты
US7895015B2 (en) Method for measuring the structural health of a civil structure
CN110631560B (zh) 一种密集建筑区地铁车站暗挖区间监控量测方法
US20110093219A1 (en) Methods for modeling the structural health of a civil structure based on electronic distance measurements
CN107402043A (zh) 半盖挖顺作法城市隧道施工监测方法及监测系统
CN106703086A (zh) 基坑在线安全监测系统
US20240045063A1 (en) Iot-based groundwater monitoring system using lidar sensor technology
Hoult et al. Sensing solutions for assessing and monitoring tunnels
Jones Low-volume-loss tunnelling for London ring main extension
CN104674855A (zh) 一种基于差分技术的基坑位移监测方法
CN109667212A (zh) 一种沥青路面摊铺压实厚度的测量方法
CN107940099A (zh) 环保分割长距离机械顶管施工方法
CN102168806B (zh) 一种天然气长输管道位置信息采集方法
Jia et al. A correction method for the ambient temperature-induced error in hydrostatic leveling systems and application
CN117364853A (zh) 一种基于地基差分干涉雷达的基坑形变监测方法及系统
KR100760215B1 (ko) 지엔에스에스를 이용한 시설물 시공 관리 시스템
Kuzin et al. Satellite-based techniques for monitoring of bridge deformations
Bogusz et al. GNSS-based multi-sensor system for structural monitoring applications
CN206609418U (zh) 建筑物沉降倾斜一体化监测装置
KR20040013050A (ko) Ｇｐｓ를 이용한 가스 시설물 변형 감시 시스템
CN212007246U (zh) Gnss、倒垂线与测量机器人一体式基准站结构
SUBA et al. Aspects Regarding the Tracking of the Behavior in
CN209277212U (zh) 一种特高压变电站地基变形高精度监测系统
RU2821670C1 (ru) Способ определения деформаций свайных опор трубопровода с использованием навигационных спутниковых систем

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14887017

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2942860

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014887017

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014887017

Country of ref document: EP