СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ПОТОКОПРОВОДОВ Российский патент 2010 года по МПК E21B47/12 

Настоящее изобретение относится к дистанционному контролю потокопроводов, таких как трубопроводы и стволы скважин, в частности к системе автономных измерительных станций для измерения интересующих параметров потокопровода и передачи результатов измерений на мобильное опрашивающее устройство.

Потокопроводы, такие как трубопроводы и водоводы, тянутся на десятки, сотни и тысячи километров и могут использоваться для транспортировки жидкостей, газов, суспензий и их смесей. Такие потокопроводы могут состоять из множества участков, проходящих по земной поверхности или под землей.

Одни участки могут прокладываться под землей в обход естественных препятствий, таких как реки, или же из соображений безопасности. Другие участки могут прокладываться на земной поверхности, что зависит от рельефа местности и подстилающих слоев. На крупных объектах, таких как насосные станции, обычно размещают контрольные станции, которые могут отстоять друг от друга на десятки и сотни километров. Датчики используются для определения любых интересующих параметров, относящихся к функционированию и безопасности потокопровода и/или транспортируемой в нем текучей среды. Однако из-за относительно больших расстояний, разделяющих эти станции, те признаки, которые могли бы указать на возможные проблемы и неполадки, могут оставаться незамеченными до тех пор, пока они не достигнут настолько больших величин, что станут причиной катастрофы, такой, например, как значительная утечка из трубопровода, способная обернуться серьезной экологической проблемой. Поэтому весьма желательно обеспечить возможность определения различных относящихся к физическому состоянию потокопровода параметров, к которым относятся, в частности, механические напряжения и деформации, показатели возникновения и развития трещин, температура, ускорения и вибрация, сейсмические события, коррозия, герметичность конструкции, а также свойства потока текучей среды, такие как химический состав, уровень радиации и химическое заражение. Однако присущие таким потокопроводам протяженность и удаленное расположение делают разводку линий электропитания и сигнальных линий (линий передачи сигналов) на множество измерительных станций практически трудноосуществимым и чрезмерно дорогостоящим мероприятием.

Таким образом, существует показанная выше потребность в системе, которая обеспечивала бы больше измерений по длине потокопроводов, не требуя дополнительных линий электропитаний и сигнальных линий.

В настоящем изобретении предлагается система для контроля потокопровода с использованием дистанционно опрашиваемых измерительных станций, расположенных по длине потокопровода.

Предлагаемая в изобретении система для определения (контроля) по меньшей мере одного интересующего параметра, относящегося к потокопроводу, имеющему проточный канал с движущимся в нем потоком текучей среды, содержит измерительные станции, соединенные с потокопроводом для выполнения измерений, относящихся к интересующему параметру. При этом потокопровод выполнен из композиционного материала и имеется, по меньшей мере, один включенный в композиционный материал проводник, расположенный по длине потокопровода и способный передавать и принимать радиочастотные сигналы, а измерительные станции расположены в заданных местах на расстоянии друг от друга по длине потокопровода и способны принимать первый сигнал, переданный указанным, по меньшей мере, одним проводником, и в ответ на него передавать второй сигнал, относящийся к измерению, по меньшей мере, одного интересующего параметра.

В систему может входить также опрашивающее устройство, выполненное с возможностью перемещения вблизи измерительной станции, передачи на измерительную станцию первого сигнала и приема от измерительной станции второго сигнала, относящегося к интересующему параметру.

Изобретение также относится к способу контроля по меньшей мере одного интересующего параметра, относящегося к потокопроводу с движущимся в нем потоком текучей среды, к котором с потокопроводом в заданном месте соединяют по меньшей мере одну измерительную станцию. Такая измерительная станция выполнена с возможностью измерения по меньшей мере одного интересующего параметра. Вблизи по меньшей мере одной измерительной станции перемещают опрашивающее устройство. Из опрашивающего устройства на измерительную станцию передают первый сигнал, в ответ на который измерительная станция измеряет по меньшей мере один интересующий параметр. В опрашивающем устройстве принимают переданный измерительной станцией второй сигнал, относящийся к интересующему параметру.

Включенный в композиционный материал по меньшей мере один расположенный по длине потокопровода проводник предпочтительно способен передавать и принимать радиочастотные сигналы, при этом первый и второй сигналы являются радиочастотными сигналами.

В предпочтительных вариантах измерительная станция содержит датчик для выполнения измерения и устройство для хранения относящихся к измерению данных, а также устройство питания для ее энергоснабжения. Измерительная станция может получать энергию через электрический проводник посредством радиочастотного излучения, в частности получать электроэнергию из первого сигнала.

Измерительная станция выполнена с возможностью передачи относящихся к интересующему параметру данных при получении командного сигнала. При этом электрический проводник посылает на измерительную станцию командный сигнал, при получении которого измерительная станция осуществляет передачу данных.

Несколько измерительных станций, расположенных на расстоянии друг от друга по длине потокопровода, содержат датчики, обеспечивающие измерение по меньшей мере двух разных интересующих параметров. Интересующий параметр выбран из группы, включающей коррозию, давление, температуру, состояние потока текучей среды, вибрацию, химический состав, деформацию, химическое заражение, радиационное заражение, биологическое заражение и сейсмические события.

Измерительная станция может содержать схемы сопряжения и процессор, действующий в соответствии с командами управляющей программы.

В одном из частных вариантов измерительная станция содержит часы реального времени для снабжения результатов измерений временными отметками, где результаты измерений включают данные, отвечающие заданному критерию.

По меньшей мере одна измерительная станция может быть соединена с наружной и/или внутренней поверхностью потокопровода, а потокопровод может представлять собой конструкцию по меньшей мере одного из следующих типов: трубопровод для транспортировки текучей среды, скважинный трубчатый элемент, водовод. Скважинный трубчатый элемент представляет собой обсадную и/или насосно-компрессорную трубу.

Предлагаемая система может быть снабжена опрашивающим устройством или устройством управления, содержащим радиочастотный приемопередатчик, связанный с упомянутым электрическим проводником с возможностью передачи опрашивающим устройством или устройством управления командных сигналов и энергии измерительным станциям и получения данных от измерительных станций.

Ниже сущность изобретения поясняется на примере его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых для обозначения однотипных элементов конструкции использованы аналогичные ссылочные номера и на которых показано:

на фиг.1 - схематичное изображение потокопровода, проходящего по пересеченной местности,

на фиг.2 - схематичное изображение автономной измерительно-информационной станции в одном варианте изобретения,

на фиг.3 - схематичное изображение измерительного модуля автономной измерительно-информационной станции в одном варианте изобретения,

на фиг.4 - схематическое изображение снаряда-дефектоскопа с шарнирно сочлененными секциями для внутреннего контроля трубопроводов, используемого в одном варианте изобретения в качестве мобильного опрашивающего устройства,

на фиг.5 - схематическое изображение, на котором показаны устройство на базе механического транспортного средства и устройство на базе летательного аппарата, используемые в одном варианте изобретения в качестве мобильного опрашивающего устройства,

на фиг.6 - схематическое изображение потокопровода из композиционного материала с включенными в него проводниками для передачи командных сигналов и/или энергии на измерительные станции в одном варианте изобретения,

на фиг.7 - схематическое изображение гибкой трубы из композиционного материала с включенными в него проводниками и нескольких автономных измерительно-информационных станций, размещенных по длине трубы в одном варианте изобретения, и

на фиг.8 - схематическое изображение обсадной трубы с несколькими автономными измерительно-информационными станциями, размещенными по длине трубы, и опрашивающим устройством, введенным в скважину на трубчатом элементе, в одном варианте изобретения,

на фиг.9А - схематическое изображение одного из вариантов выполнения опрашивающего передвижного устройства, проходящего по потокопроводу,

на фиг.9Б - схематическое изображение вида по А-А с фиг.9А и

на фиг.9В - схематическое изображение профиля давления в потокопроводе, возникающего при движении предлагаемого в настоящем изобретении опрашивающего устройства по потокопроводу.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг.1, по территории 10 проходит потокопровод 1. Следует отметить, что понятие “потокопровод” в контексте изобретения означает конструкцию как с закрытым каналом, такую как трубопровод (нефтепровод, газопровод, продуктопровод и др.) или иную конструкцию, по существу, трубчатой формы, так и с открытым каналом, такую как водовод (акведук), для транспортировки жидкостей, например воды. Такие потокопроводы могут простираться на десятки, сотни или тысячи километров и могут использоваться для транспортировки жидкостей, газов, суспензий и прочих текучих сред.

Потокопровод 1, например, может представлять собой трубопровод, имеющий несколько участков 5, 6, 7, проходящих по земной поверхности или под землей. Одни участки могут прокладываться под землей в обход естественных препятствий, таких как река 8, или просто из соображений безопасности, другие участки могут прокладываться на земной поверхности, в зависимости от рельефа местности и подстилающих слоев. По длине потокопровода 1 в заданных местах располагают автономные измерительно-информационные станции 20, называемые для простоты измерительными станциями, предназначенные для определения любого из числа интересующих параметров, относящихся к функционированию и безопасности потокопровода и/или к транспортируемой в нем текучей среде. Чем больше число измерительных станций 20, тем выше уверенность в надлежащем функционировании потокопровода. Измеряться могут различные параметры, относящиеся к различным физическим состояниям или условиям, в том числе механические напряжения и деформации, показатели возникновения и развития трещин, температура, ускорения и вибрация, сейсмические события, коррозия, герметичность конструкции, а также свойства потока текучей среды, такие как расход, химический состав, уровень радиации и химическое заражение. Для открытого канала, такого как водовод, измерительные станции 20 могут устанавливаться для определения параметров, относящихся к самому каналу, например сейсмических событий, и/или для определения параметров, характеризующих движущуюся текучую среду. Например, в системе водоснабжения параметры жидкости могут иметь отношение к химическому анализу и чистоте воды либо к степени ее заражения химическими и/или биологическими веществами. Присущие таким потокопроводам протяженность и удаленное расположение делают разводку линий электропитания и сигнальных линий (линий передачи сигналов) на множество измерительных станций 20 практически трудноосуществимым и чрезмерно дорогостоящим мероприятием.

На фиг.2 изображен один из предпочтительных вариантов измерительной станции 20 с измерительным модулем 30, передающей и принимающей радиоантенной 22, а также гибкой клейкой основой 21 для крепления измерительного модуля 30 к потокопроводу 1. В варианте, показанном на фиг.3, измерительный модуль 30 содержит по меньшей мере один датчик 27 для определения интересующего параметра. Как возможный вариант, датчик 27 может быть вне измерительного модуля 30 и может быть электрически соединен с ним известными способами. Модуль 24 сопряжения при необходимости преобразует выходной сигнал датчика 27 и передает сигнал в память данных модуля контроллера (устройства управления) 23. В модуле контроллера 23 имеется процессор с объемом памяти, достаточным для хранения команд управляющей программы и хранения получаемых от датчика результатов измерений. Модуль контроллера может содержать средство идентификации, например, в виде цифрового идентификатора, для однозначной идентификации каждой из измерительных станций 20, необходимой для соотнесения результатов измерений с конкретными местами потокопровода 1. В состав его также входит радиочастотный приемопередатчик 26 для приема командных сигналов и излучаемой энергии, а также для передачи информационных сигналов в ответ на принимаемые командные сигналы.

В предпочтительном варианте исполнения измерительный модуль 30 не имеет внутреннего источника питания и получает энергию посредством принимаемого радиосигнала. Эта энергия преобразуется в электроэнергию, пригодную для использования модулем питания 28. В качестве датчика 27 выбирают датчик с низким потреблением электроэнергии, чтобы передаваемой по радиолинии энергии было достаточно для питания измерительного модуля 30 с датчиком 27 и передачи полученного информационного сигнала при помощи радиочастотного приемопередатчика 26. Компоненты измерительного модуля 30 заливают подходящим компаундом 29 для защиты от факторов окружающей среды.

Командный радиосигнал и энергия радиочастотного поля передаются, а информационные сигналы принимаются мобильным опрашивающим устройством (см. фиг.4 и 5), таким как снаряд-дефектоскоп 40 для внутреннего контроля трубопроводов, устройство 45 на базе механического транспортного средства или устройство 50 на базе летательного аппарата. Снаряды-дефектоскопы обычно имеют собственный источник энергии для движения по потокопроводу или же их можно прокачивать через потокопровод 1. Для настоящего изобретения подходит любой тип подобного дефектоскопа для внутреннего контроля трубопроводов. Устройство 45 может быть выполнено на базе любого механического транспортного средства, такого как автомобиль, грузовик, вездеход и др. Устройство на базе механического транспортного средства снабжено радиочастотным приемопередатчиком и контроллером (не показаны), которые передают командные сигналы и энергию на измерительные станции 20, а также принимают и сохраняют информационные сигналы от измерительных станций 20. Устройство 50 может быть выполнено на базе самолета, вертолета или любого подходящего летательного аппарата, пилотируемого или беспилотного. Опрашивающее устройство 50 на дистанционно пилотируемом летательном аппарате может быть запрограммировано на полет по заданному маршруту вдоль известного пути потокопровода 1 с использованием, например, заранее заданных пунктов поворота маршрута и сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (GРS), обеспечивающих движение устройства 50 на летательном аппарате 50 по заданному маршруту полета. В серийном производстве имеются сравнительно небольшие дистанционно пилотируемые летательные аппараты.

При определении типа опрашивающего устройства, применяемого для конкретной измерительной станции 20, исходят из расположения конкретной измерительной станции 20 в заданном месте и типа потокопровода 1. Потокопровод 1 может быть трубопроводом из композиционного материала с использованием металлического материала, трубопроводом из неметаллического композиционного материала или открытым каналом. Как известно, при использовании металлического потокопровода энергия радиоволн не может проникать в потокопровод, аналогичные помехи возможны и в некоторых случаях в трубопроводах из композиционного материала. Поэтому для взаимодействия с измерительной станцией 20, установленной внутри трубопровода 1 (см. фиг.4), может быть предпочтительным внутреннее опрашивающее устройство, такое как снаряд-дефектоскоп 40 для внутреннего контроля трубопроводов. Для взаимодействия же с измерительной станцией 20, расположенной вне потокопровода 1 (см. фиг.5), потребуется внешнее опрашивающее устройство, например устройство 45 на базе механического транспортного средства и/или устройство 50 на базе летательного аппарата. В других случаях при использовании композиционного материала потокопровод 1 может быть практически прозрачен для радиоволн, и это дает возможность устанавливать измерительные станции 20 внутри или снаружи трубопровода или же включать их в материал потокопровода, причем они могут взаимодействовать с внутренними и/или внешними опрашивающими устройствами.

К датчикам 27, применяемым для определения интересующих параметров, относятся датчики деформации, волоконно-оптические датчики деформации, ультразвуковые детекторы для выявления возникающих и развивающихся микротрещин, датчики вибрации, датчики температуры, в том числе известные из уровня техники, распределенные волоконно-оптические датчики температуры, датчики давления, детекторы коррозии, детекторы радиоактивного излучения, спектроскопические химические детекторы, ультразвуковые детекторы для измерения толщины стенок потокопровода для выявления эрозии и/или коррозии потокопровода, причем данный перечень не является исчерпывающим. Датчики 27 могут определять характеристики, относящиеся к потокопроводу и/или движущемуся в нем потоку текучей среды. Специалистам понятно, что многие из этих детекторов, например датчики вибраций и сейсмические детекторы, в настоящее время можно изготавливать с применением технологий производства микроэлектромеханических систем для получения устройств с малым энергопотреблением. Другие датчики производятся на основе технологии пьезоэлектрических кристаллов или технологии резонансных кристаллов и характеризуются очень низким потреблением энергии. Например, датчики температуры на термопарах генерируют свой собственный электрический сигнал и для работы не требуют подвода энергии извне.

При работе системы измерительные станции 20 расположены по длине потокопровода 1. Измерительные станции 20 могут находиться как над поверхностью земли, так и под ней по длине потокопровода 1 в зависимости от траектории прокладки потокопровода 1. Опрашивающее устройство перемещают в относительной близости к измерительным станциям 20. Опрашивающее устройство снабжено радиочастотным приемопередатчиком для передачи командных сигналов и энергии на измерительные станции 20 и для приема информационных сигналов от измерительных станций 20. Из опрашивающего устройства собранные данные известными методами загружаются на центральную станцию управления (не показана) для контроля собранных данных в отношении различных параметров.

В другом предпочтительном варианте измерительный модуль 30 содержит внутренний источник питания (не показан) для энергоснабжения электронных устройств и датчиков по мере необходимости. Внутренний источник питания может представлять собой серийно выпускаемую батарею гальванических элементов, батарею на основе толстопленочной технологии, выполненную за одно целое с измерительным модулем, пьезоэлектрический источник энергии, вырабатывающий электроэнергию от сотрясений и вибрации вблизи измерительного модуля, солнечную батарею, встроенную в наружную поверхность измерительного модуля, и термоэлектрический генератор, встроенный в измерительный модуль, причем данный перечень не является исчерпывающим. Эти источники могут использоваться в любом сочетании, причем их подбор зависит от варианта применения и возможен без излишнего экспериментирования с учетом таких факторов, как энергопотребление применяемых типов датчиков, интенсивность сигналов, необходимая для передачи данных, и положение измерительной станции и потокопровода (например, над землей или под землей).

В другом предпочтительном варианте вышеописанные источники питания смонтированы вне измерительного модуля 30 и соединены с измерительным модулем электрическими соединителями и/или проводами с использованием методов, известных из уровня техники.

В предпочтительном варианте измерительный модуль 30 содержит часы реального времени (генератор импульсов истинного времени) для снабжения результатов измерений временными отметками. Например, сейсмический детектор с низким энергопотреблением может измерять сейсмическую активность непрерывно, однако сохранение данных и наложение отметки времени производится только в том случае, когда зафиксированное сейсмическое событие (сейсмический толчок) превысит заданное пороговое значение или тревожный уровень. Эти данные считываются опрашивающим устройством и могут быть использованы как указание на необходимость более тщательной проверки в том месте, где было зафиксировано сейсмическое событие.

В предпочтительном варианте, изображенном на фиг.6, потокопровод 60 из композиционного материала для транспортировки текучей среды содержит проводники 61, вмонтированные в стенку 63 потокопровода 60 на стадии его изготовления. Измерительные станции 20 могут располагаться по длине потокопровода на внутренней стенке потокопровода 60, и/или на наружной стенке потокопровода, и/или могут быть встроены в стенку 63 потокопровода 60. Проводники 61 могут располагаться в стенке потокопровода 60, по существу, продольно. Как альтернативный вариант, проводники 61 могут располагаться в стенке потокопровода 60 свернутыми в спираль. Проводники 61 соединены с находящимся в контроллере 62 (устройстве управлении) радиочастотным приемопередатчиком (не показан). Командные сигналы и энергия передаются через проводники, которые функционируют как радиоантенны. Эти сигналы воспринимаются измерительными модулями 30, расположенными по длине потокопровода. Измерительные станции 20 принимают и преобразуют радиосигналы в энергию и команды на получение данных от датчиков в измерительных модулях 30. Эти данные затем передаются посредством радиосигнала, принимаемого проводниками 61, и расшифровываются контроллером 62 в соответствии с запрограммированными командами. Сигналы с измерительных станций 20 соответствующим образом кодируются и идентифицируются с использованием известных методов, чтобы можно было определить измерительные станции 20, относящиеся к каждому информационному сигналу.

В предпочтительном варианте, изображенном на фиг.7, потокопровод из композиционного материала, имеющий, как описано выше, вмонтированные в него проводники, а также внутренние, внешние и/или встроенные измерительные станции 20, может быть выполнен в виде гибкой трубы 71, используемой при бурении и/или заканчивании скважины 72. Измерения, производимые измерительными модулями 30, встроенными в гибкую трубу 71, можно использовать для определения интересующих параметров, относящихся к состоянию колонны труб, и/или параметров, относящихся к процессу бурения. К таким параметрам относятся параметры направления, вызываемая бурением вибрация, в том числе осевая и скручивающая, осевая нагрузка на долото, давление в скважине, температура в скважине, и параметры породы, включая естественный уровень гамма-излучения.

В варианте, изображенном на фиг.8, в стволе эксплуатационной скважины 80 установлена обсадная труба 83. Измерительные модули 30 прикреплены к внутренней поверхности обсадной трубы 83 и измеряют интересующие параметры, к которым относятся давление, температура, расход флюида, коррозия и напряжения в обсадной трубе, причем этот перечень не является исчерпывающим. Опрашивающее устройство 82, которое спускают на кабеле 81 и проводят вблизи измерительных модулей 30, оснащено радиочастотным приемопередатчиком, излучающим энергию радиочастотного поля и передающим командные сигналы измерительным модулям 30, которые, в свою очередь, выполняют измерения и посредством радиосигналов передают данные измерений на опрашивающее устройство 82. Опрашивающее устройство 82 имеет внутреннюю память для хранения полученных данных, и на поверхности эти данные выгружаются. В альтернативном варианте в кабеле 81 проходят проводники, и полученные данные передаются непосредственно на поверхность. Как вариант, опрашивающее устройство 82 можно вводить в действие на гибкой трубе (не показана) с использованием методов, известных из уровня техники.

В другом предпочтительном варианте выполнения (смотри фигуры 9А-9В) транспортное средство, такое как опрашивающее устройство 86, выполнено с возможностью сканирования газового потокопровода 90. Опрашивающее устройство 86 включает парус 92 для улавливания части газового потока 96, выполняющий функции движущей силы и перемещающий опрашивающее устройство 86 по трубе 90. Опрашивающее устройство 86 включает корпусные секции 94, также называемые рамами, связанные друг с другом шарнирными соединениями 95, дающими возможность устройству 86 изгибаться и легче проходить криволинейные участки потокопровода 90. Корпусные секции 94 снабжены колесными узлами 105, расположенными в основном симметрично по окружности корпусной секции 94. Предпочтительно имеется три колесных узла, размещенных вокруг каждой корпусной секции. Каждый корпусной узел 105 содержит колесо 97, скрепленное с выдвижным звеном 98. Каждое выдвижное звено 98 способно выдвигаться независимо, принудительно приводя колесо 97 в контакт с внутренней стенкой 106 потокопровода 90. Выдвижные звенья 98 могут работать от электромеханического или гидравлического привода. По меньшей мере с одним колесным узлом 105 соединен тормоз 87. Тормоз 87 может приводиться в действие электромеханичеки и (или) гидравлически для 10 регулирования скорости опрашивающего устройства 86 при движении по потокопроводу 90. Колесный узел 105 снабжен датчиком угла поворота (не показан), предназначенным для определения скорости вращения колеса 97. Такая информация о вращении может быть использована контроллером для определения скорости опрашивающего устройства 86, а также расстояния, пройденного по потокопроводу 90. Контроллер 107 также включает часы реального времени для временной привязки получаемых от измерительных станций 91 сигналов.

Корпусные секции 94 имеют проточный канал 88, дающий возможность прохождения через него части потока 96 и приведения в действие энергетической установки, такой как турбогенератор 109, расположенный в канале 88. Поток 96 вращает крыльчатку 99, которая при работе соединена с электрогенератором 100, вырабатывающим электроэнергию, используемую в опрашивающем устройстве 86. Крыльчатка 99 может быть также при работе связана с гидронасосом, обеспечивающим гидравлическое давление для работы опрашивающего устройства 86. Альтернативно опрашивающего устройство 86 может получать питание от аккумуляторов (не показаны), носимых опрашивающим устройством 86. Электрогенератор 100 подает питание к контроллеру 107 через проводное соединение (не показано). Контроллер 107 включает процессор с памятью для хранения программного обеспечения и для хранения данных измерений. Контроллер 107 включает интерфейсные связи с регулируемым тормозом 87 и парусом 92 для управления скоростью опрашивающего устройства 86 в соответствии с программным обеспечением. Контроллер 107 также включает радиочастотный приемопередатчик для передачи и приема сигналов от измерительных станций 91, установленных на внутренней стенке 106 потокопровода 90. Измерительные станции 91 в основном имеют такие же особенности и параметры, как описанные ранее в связи с фиг.1-6.

В одном из вариантов выполнения измерительная станция 91 получает энергию для работы от радиочастотного сигнала, передаваемого контроллером 107. Альтернативно измерительная станция 91 может иметь внутренний источник питания, включая, но не ограничиваясь этим, промышленный блочный аккумулятор, тонкопленочный аккумулятор, воедино соединенный с измерительным блоком, пьезоэлектрический источник энергии, получающий энергию от вибрации и (или) энергии потока, проходящего вблизи измерительного блока, и термоэлектрический генератор, встроенный в измерительный блок. Измерительная станция 91 содержит по меньшей мере один датчик регистрации интересующего параметра, относящегося к целостности потокопровода 90.

Парус 92 перехватывает часть потока 96 для продвижения опрашивающего устройства 86 по потокопроводу 90. Размер паруса 92 может регулироваться за счет корректировки положения держателей 93 по командам контроллера 107.

При работе опрашивающее устройство 86 продвигается по внутреннему каналу 89 потокопровода 90 с заданной скоростью, регулируемой контроллером 107. Помеха прохождению потока, создаваемая опрашивающим устройством 86, создает перепад давления 101 (смотри фиг.9В), влияющий на потокопровод 90. Перепад давления 101 вызывает сопротивление перемещению опрашивающего устройства 86. Перепад давления можно регулировать изменением тормозного сопротивления и (или) размера паруса. Перепад давления в функции от скорости может быть откалиброван для данной конфигурации и известного газа, например для воздуха, и для прогнозируемых параметров других используемых газов, таких как углеводородные, могут быть использованы поправочные факторы. Перепад давления перемещается в основном волнообразно по мере движения опрашивающего устройства 86 и вызывает деформацию потокопровода 90 в области, лежащей вблизи нахождения опрашивающего устройства 86. Измерительные станции 91, расположенные по длине потокопровода 90, могут включать датчики измерения интересующих параметров, относящихся к деформации потокопровода 90 при воздействии перепада давления на него вблизи каждой измерительной станции. В одном из предпочтительных вариантов выполнения измерительная станция 91 включает датчики измерения статического давления газа, проходящего по потокопроводу 90. Кроме того, измерительная станция 91 снабжена по меньшей мере одним датчиком измерения таких параметров, как, например, продольная деформация потокопровода, кольцевая деформация потокопровода, называемая также окружной деформацией, и акустическая эмиссия, вызываемая микротрещинами в потокопроводе. Такие датчики деформации могут включать механические датчики деформации и (или) волоконно-оптические датчики деформации. Такие параметры общеизвестны в предшествующем уровне техники для определения целостности потокопровода. Например, измерения деформации могут быть связаны с комбинированными нагрузками, воздействующими на потокопровод при перепаде давления. Особенный интерес представляют такие данные, взятые за некоторый период времени. Такие изменения в величинах деформации могли бы свидетельствовать о потере металла из-за коррозии и (или) эрозии. Изменения в сигналах акустической эмиссии, связанных с микротрещинами, могли бы свидетельствовать о усталости металла и (или) росте трещин, основного механизма разрушения. Между перепадом давления и ранее рассмотренными параметрами может быть определена образцовая взаимосвязь, и такие модели или взаимосвязи могут прослеживаться во времени для обнаружения изменений. При передаче информации о давлении, считываемой измерительной станцией 91, контроллер 107 может сравнивать реально измеренный перепад давления с прогнозируемым перепадом давления. Если разница выходит за заданный предел, запрограммированный в процессоре, процессор регулирует парус и (или) тормоз, чтобы ввести перепад давления обратно в пределы. Для облегчения интерпретации такие данные могут быть представлены в графической форме.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения опрашивающее устройство 86 проходит по потокопроводу 90 и связывается с измерительной станцией 91 при прохождении устройства 86 вблизи к каждой станции 91. Каждая измерительная станция может иметь уникальный цифровой идентификатор, вводимый в каждое сообщение для опрашивающего устройства 91. Местоположение каждой измерительной станции по длине потокопровода 90 зарегистрировано при монтаже каждой измерительной станции. Использование идентификатора для каждой станции дает возможность повторной калибровки регистрируемого расстояния и скорости опрашивающего устройства 86 при его прохождении между измерительными станциями 91 по потокопроводу 90.

Изобретение относится к дистанционному контролю потокопроводов, в частности к системе автономных измерительных станций для измерения интересующих параметров потокопроводов. Система для определения по меньшей мере одного интересующего параметра, относящегося к потокопроводу с движущимся в нем потоком текучей среды, содержит потокопровод, выполненный из композиционного материала по меньшей мере один включенный в композиционный материал проводник и несколько измерительных станций. Проводник расположен по длине потокопровода и способен передавать и принимать радиочастотные сигналы. Измерительные станции расположены в заданных местах на расстоянии друг от друга по длине потокопровода. Причем каждая из станций способна принимать первый сигнал, переданный указанным по меньшей мере одним проводником, и в ответ на него передавать второй сигнал, относящийся к измерению по меньшей мере одного интересующего параметра. Техническим результатом является повышение эффективности контроля интересующих параметров потокопровода без применения дополнительных линий электропитаний и сигнальных линий. 17 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Система для определения, по меньшей мере, одного интересующего параметра, относящегося к потокопроводу с движущимся в нем потоком текучей среды, содержащая: а) потокопровод, выполненный из композиционного материала; б) по меньшей мере, один включенный в композиционный материал проводник, расположенный по длине потокопровода и способный передавать и принимать радиочастотные сигналы, и в) несколько измерительных станций, которые расположены в заданных местах на расстоянии друг от друга по длине потокопровода, и каждая из которых способна принимать первый сигнал, переданный указанным, по меньшей мере, одним проводником, и в ответ на него передавать второй сигнал, относящийся к измерению, по меньшей мере, одного интересующего параметра.

2. Система по п.1, в которой измерительная станция содержит датчик для выполнения измерения и устройство для хранения относящихся к измерению данных.

3. Система по п.2, в которой измерительная станция содержит устройство питания для ее энергоснабжения.

4. Система по п.1, в которой измерительная станция выполнена с возможностью передачи относящихся к интересующему параметру данных при получении командного сигнала.

5. Система по п.1, в которой электрический проводник посылает на измерительную станцию командный сигнал, при получении которого измерительная станция осуществляет передачу данных.

6. Система по п.1, в которой имеется несколько измерительных станций, расположенных на расстоянии друг от друга по длине потокопровода.

7. Система по п.6, в которой измерительные станции содержат датчики, обеспечивающие измерение, по меньшей мере, двух разных интересующих параметров.

8. Система по п.1, в которой интересующий параметр выбран из группы, включающей коррозию, давление, температуру, состояние потока текучей среды, вибрацию, химический состав, деформацию, химическое заражение, радиационное заражение, биологическое заражение и сейсмические события.

9. Система по п.2, в которой измерительная станция получает энергию через электрический проводник посредством радиочастотного излучения.

10. Система по п.1, в которой первый и второй сигналы являются радиочастотными сигналами.

11. Система по п.1, в которой измерительная станция содержит схемы сопряжения и процессор, действующий в соответствии с командами управляющей программы.

12. Система по п.10, в которой измерительная станция получает электроэнергию из первого сигнала.

13. Система по п.1, в которой измерительная станция содержит часы реального времени для снабжения результатов измерений временными отметками.

14. Система по п.13, в которой результаты измерений включают данные, отвечающие заданному критерию.

15. Система по п.1, в которой, по меньшей мере, одна измерительная станция соединена с наружной и/или внутренней поверхностью потокопровода.

16. Система по п.1, в которой потокопровод представляет собой конструкцию, по меньшей мере, одного из следующих типов: трубопровод для транспортировки текучей среды, скважинный трубчатый элемент, водовод.

17. Система по п.16, в которой скважинный трубчатый элемент представляет собой обсадную и/или насосно-компрессорную трубу.

18. Система по п.1, снабженная опрашивающим устройством или устройством управления, содержащим радиочастотньий приемопередатчик, связанный с упомянутым электрическим проводником, с возможностью передачи опрашивающим устройством или устройством управления командных сигналов и энергии измерительным станциям и получения данных от измерительных станций.