Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
УДК 622.692.4
На правах рукописи
ЯГУДИНА ЛИЛИЯ ВАКИЛЕВНА
совершенствование СИСТЕМЫ контроля несанкционированного доступа
к НЕФТЕГАЗОВЫМ ОБЪЕКТАМ
на основе акустического сканирования
Специальность 05.26.03 - Пожарная и промышленная
безопасность (нефтегазовый комплекс)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Уфа 2012
Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью
Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти
и газа (ООО ВолгоУраНИПИгаз).
Научный руководитель | Ц доктор технических наук Клейменов Андрей Владимирович |
Официальные оппоненты: | Ц Идрисов Роберт Хабибович, доктор технических наук, профессор, ГУП Институт проблем транспорта энергоресурсов, заведующий отделом Безопасность сложных технических систем |
Ц Агишев Вадим Наилович, кандидат технических наук, ГОУ Оренбургский государственный университет, старший преподаватель кафедры Детали машин и прикладная механика | |
Ведущая организация | ФГБОУ ВПО Уфимский государственный нефтяной технический университет |
Защита диссертации состоится 16 августа 2012аг. в 1200 часов
на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном
унитарном предприятии Институт проблем транспорта энергоресурсов
(ГУП ИПТЭР) по адресу: 450055, г.аУфа, пр. Октября, 144/3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП ИПТЭР.
Автореферат разослан 16 июля 2012 года.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор технических наук, профессор Л.П. Худякова
общая характеристика работы
Актуальность работы
Задачами управления рисками на нефтегазовых объектах являются контроль опасных технологических процессов, предотвращение гибели людей, снижение заболеваемости, ущерба, урона имуществу и других потерь, а также предотвращение неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Выработка и принятие обоснованных предупредительных и защитных мер обеспечения безопасности с привлечением всей совокупности различных социально-экономических методов являются одной из ключевых проблем обеспечения промышленной безопасности нефтегазовых объектов.
В связи с повышением технической опасности нефтегазовых объектов из-за их значительного износа, а также опасности социального характера, источником которой являются посторонние вмешательства в работу этих объектов, риски возникновения аварий возрастают. Недооценка этих факторов может привести к крупным авариям, а неточный выбор направлений особого риска может потребовать таких дорогостоящих мер обеспечения безопасности, практическое применение которых может существенно снизить экономическую эффективность функционирования нефтегазового объекта.
В последние двадцать лет особое значение приобрёл рост аварийности на промысловых и магистральных трубопроводах с тяжелыми экономическими и экологическими последствиями, связанными с хищением нефти и нефтепродуктов. Эта деятельность осуществляется за счет несанкционированных врезок в нефте- и нефтепродуктопроводы, через которые осуществляется отбор транспортируемой продукции, при этом нарушение целостности трубопроводов в большинстве случаев приводит к аварийному выбросу жидких углеводородов. В связи с этим особенно актуальной является задача упреждающего обнаружения признаков несанкционированных работ, проводимых в охранной зоне трубопровода.
Актуальность работы обусловлена также тем, что разработанные и используемые методы идентификации постороннего вмешательства в работу нефтегазовых объектов функционально ограничены и способны обеспечить обнаружение уже имеющегося повреждения в конструкциях. В связи с этим остро встает вопрос разработки новых методов и способов упреждающего обнаружения несанкционированного доступа и постороннего вмешательства в работу нефтегазовых объектов.
Цель работы - обеспечение промышленной безопасности нефтегазовых объектов путем усовершенствования системы контроля несанкционированного доступа к объектам на основе акустического сканирования.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
- Анализ современного состояния контроля несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам;
- Исследование шумовых и регулярных волновых полей естественного, техногенного и антропогенного происхождения на нефтегазовых объектах;
- Разработка метода и технологии работ по пеленгации посторонних источников поверхностных волн, связанных с несанкционированным доступом к нефтегазовым объектам;
- Разработка информационно-измерительной системы (ИИС) упреждающего обнаружения несанкционированного доступа к трубопроводам для транспортировки углеводородов.
Методы решения поставленных задач
Для решения поставленных задач использовались методы и принципы теории случайных функций, теории вероятностей, спектрального анализа, теории упругости, а также методы направленного приема и принципы радио- и гидролокации, методы моделирования и расчетов, связанных с анализом характеристик волновых полей естественной, техногенной и криминогенной природы.
Научная новизна результатов работы:
- Установлены закономерности распределения шумовых и регулярных волновых полей в охранных зонах нефтегазовых объектов, дано физическое обоснование принципа пеленгации объектов постороннего шума в этих зонах;
- Разработан метод пеленгации посторонних источников поверхностных волн с целью контроля несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам;
- Разработан принципиально новый подход к построению информационно-измерительной системы контроля несанкционированного доступа в охранную зону нефтегазового объекта и предложен алгоритм работы системы контроля.
На защиту выносятся:
- Закономерности распределения шумовых и регулярных волновых полей естественного, техногенного и антропогенного происхождения на нефтегазовых объектах;
- Метод и техническая реализация способа пеленгации посторонних источников поверхностных волн от несанкционированных и криминогенных действий на нефтегазовых объектах;
- Информационно-измерительная система упреждающего обнаружения попыток несанкционированного доступа к трубопроводам для перекачки углеводородов.
Практическая значимость результатов работы заключается в разработке информационно-измерительной системы сейсмоакустического контроля для упреждающего обнаружения несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам.
Основные результаты выполненных работ, а именно метод, способ и информационно-измерительная система, опробованы на месторождениях ООО Газпром добыча Оренбург путем моделирования посторонних вмешательств в действующие продуктопроводы.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований, представленные в работе, докладывались на Международной научно-практической конференции Экономические и экологические проблемы в меняющемся мире (г. Тюмень, 2010 г.); Международной научно-практической конференции Научные итоги 2010 года (г. Киев, 2010 г.); Пятой научно-технической конференции с международным участием Основные проблемы поиска, освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения
(г. Оренбург, 2011 г.); Международной научно-практической конференции Актуальные проблемы науки (г. Тамбов, 2011 г.); научно-практической конференции Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа (г. Уфа, 2011 г.); VI Международной научно-практической конференции Наука в современном мире (г. Таганрог, 2011 г.); Международной научно-практической конференции Устойчивое развитие территорий: управление природными, техногенными, пожарными, биолого-социальными и экологическими рисками (г. Оренбург, 2011 г.); XI Всероссийской научно-практической конференции Энергоэффективность. Проблемы и решения в рамках XI Российского энергетического форума (г. Уфа, 2011 г.); Десятой международной научно-практической конференции Прогрессивные технологии в транспортных системах (г. Оренбург, 2011 г.).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 научных трудах, в том числе в 6 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка использованной литературы, включающего
92 наименования, и 3 приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 31 рисунок.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи, обозначены основные положения, выносимые на защиту, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.
В первой главе выполнен обзор и дан критический анализ существующих методов и способов контроля несанкционированного доступа в охранную зону нефтегазовых объектов, рассмотрено состояние работ по обеспечению упреждающего обнаружения несанкционированного доступа к промысловым объектам и вмешательства в их работу.
На основе проведенного анализа установлено, что существующие системы контроля несанкционированного доступа в охранную зону нефтегазовых объектов реализованы с помощью следующих типов датчиков или специального сенсорного приемного кабеля:
- виброакустических датчиков, позволяющих осуществлять контроль виброакустических сигналов, распространяющихся в металлической стенке трубопровода;
- сейсмодатчиков, осуществляющих сейсмоконтроль трассы трубопровода и прилегающей территории путем наблюдения полей упругих волн;
- оптоволоконного кабеля, входящего в систему, регистрирующую и идентифицирующую возникающие в нем сигналы при механическом воздействии на грунт, в котором проложен кабель;
- трибоэлектрического кабеля, регистрирующего и идентифицирующего возникающие за счет трибоэффекта сигналы при механическом воздействии на грунт, в котором проложен кабель.
Установлено, что ни один из указанных методов не обеспечивает надежность и достоверность контроля из-за наложения различных техногенных факторов, маскирующих целевые сигналы.
Сформулированы требования к разрабатываемой информационно-измерительной системе, способной преодолеть выявленные недостатки. Изложены подходы автора к разрабатываемым в диссертации методам и способам обнаружения несанкционированного доступа к нефтегазовому оборудованию.
Во второй главе выполнен анализ шумовых и регулярных волновых полей техногенного и антропогенного происхождения, создающихся на нефтегазовых объектах. Поля упругих волн при разработке и эксплуатации нефтегазовых месторождений являются неизбежным спутником технологических процессов и представляют собой совокупность сигналов упругих колебаний, распределенных в пространстве и времени. По характеру образования и распространения в горной среде волны разделяются на объемные, распространяющиеся на значительные глубины, и на поверхностные, образующиеся вблизи свободной акустической границы земля - воздух. Кинематические и динамические атрибуты этих двух волновых систем различаются по следующим характеристикам: траектории колебания элементарных частиц в волне; затуханию волн, вызванному поглощением и расхождением волны по фронту; мощности поля.
Объемные волны, существующие в геологической среде нефтегазового месторождения, по характеру движения частиц подразделяются на продольные и поперечные. Основные типы упругих волн приведены на рисунке 1. В продольной волне (P) колебания частиц происходят по направлению распространения волны (рисунок 1, а), а в поперечной волне (S) колебания частиц осуществляются в направлении, ортогональном направлению распространения волны (рисунок 1, б).
Поле поверхностных волн образуют в основном волны Лява
(L-волны) - поперечные волны с колебаниями в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению распространения волн (рисунок 1, в) и поверхностные волны Релея (R-волны) с эллиптической траекторией колебания (рисунок 1, г).
а - продольная волна; б - поперечная волна;
в - волна Лява; г - волна Релея
Рисунок 1 - Основные типы упругих волн
Экспериментально установлено, что в охранных зонах доминирующим типом волн являются поверхностные волны, возникающие при работе наземного технологического оборудования, а также в процессе несанкционированных земляных работ.
Интерференционные волновые поля, существующие на территории нефтегазового месторождения и в охранных зонах трубопроводов, представляют собой наложение волновых полей, создаваемых работой наземного и глубинного оборудования, земляными работами, а также шумовых помех ветрового происхождения и микроволновых колебаний (микросейсм), всегда присутствующих в пограничных (приповерхностных) отложениях.
Изучение этих полей осуществлялось с помощью вертикальных
(СВ-10) и горизонтальных (ГВ-10) геофонов, а также трехкомпонентных датчиков посредством анализа амплитудно-частотных характеристик 3-х главных волновых компонентов - продольной волны P и двух поперечных SV и SH.
Тестовый контроль волновых характеристик осуществлялся в процессе бурения шурфов и при прострелочно-взрывных работах. Из результатов контроля следует, что волновые процессы, сопровождающие эти работы, наблюдаемые на поверхности земли, представляют собой последовательность импульсов различных частоты и амплитуды.
Установлено, что видимая разрешённость сигналов во времени, особенно четко проявляющаяся при частотной селекции волн, позволяет использовать величину плотности импульсного потока (аналог частоты) в качестве одной из характеристик этого процесса. Другой контролируемой характеристикой являются средняя и максимальная амплитуды сигналов.
С целью анализа типов волн исследовались также поля на удалении до двух километров от буровой установки. При реализации поверхностных волновых процессов, развивающихся при бурении скважин, помимо сигналов с забоя появляется значительное число помех. Среди них выделяются помехи первого и второго родов: нестационарные и относительно регулярные. Первые наблюдаются при изменении динамического состояния системы и возникают за счет переходных процессов в приводе буровой лебедки, тормозной системе, а также вследствие неравномерной подачи инструмента.
Помехи второго рода создаются в результате работы силовых агрегатов насосов. Они имеют частоту, равную оборотной частоте двигателей или удвоенному числу ходов поршней насосов, и передаются по основанию и роторному стволу, а также через вертлюг на поверхность земли. Они создают постоянный фон при анализе волн, приходящих от источника техногенных или антропогенных волновых процессов к контрольной точке.
Для оценки относительной интенсивности помех, а также расстояния, на котором энергетический вклад волн-помех в упругое поле является еще существенным, были построены графики изменения интенсивности поля волновых помех в зависимости от расстояния до буровой установки.
На рисунке 2 приведен амплитудный график помех Ап = (х), где
х - расстояние от буровой установки в метрах, Ап - максимальная амплитуда помех, усл. ед.
Из графика видно, что интенсивность помех достаточно быстро убывает с расстоянием от их источника. Поверхностные волны-помехи имеют значительный коэффициент затухания, и на расстоянии 875Е900 м уровень помех уменьшается приблизительно в 10 раз. На основании полученных данных сделан вывод о том, что область полупространства в радиусе, большем 800 м от буровой установки, свободна от интенсивных поверхностных волн-помех. Это расстояние может быть определено как радиус слышимости бурового оборудования.
Рисунок 2 - Амплитудный график помех |
Анализ энергетических соотношений в волновых полях при бурении позволил определить область, характеризующуюся оптимальным соотношением сигнал с места несанкционированных действий / помеха и являющуюся благоприятной для выполнения пеленгации места проведения работ в охранной зоне.
Упругие волны, возникающие в месте проведения несанкционированных работ в охранной зоне, являются по существу информативными волнами и использованы для разработки метода пеленгации посторонних источников поверхностных волн. Другие охарактеризованные в работе поверхностные волны являются помехами при решении этой задачи. К их числу, как отмечалось выше, относятся микросейсмические колебания почвы, вызванные ветром, дождем, грозовыми разрядами и др., поверхностные волны, возникающие при работе промыслового оборудования, транспорта, а также рассеянные волны, образующиеся на мелких неоднородностях поверхностного слоя, с короткими фронтами распространения. Параметры волн, возникающих при несанкционированном доступе в охранной зоне трубопровода, близки к параметрам рассмотренных помех по скоростному и частотному диапазонам: скорости распространения вдоль поверхности почвы (200Е400 м/с) и основным частотам (8Е12 Гц).
Микросейсмические колебания относятся к разряду случайных помех. В отличие от них колебания, возникающие при работе оборудования и несанкционированных действиях в охранной зоне трубопровода, могут быть отнесены к квазирегулярным, т.к. волновые импульсы приурочены к одной точке поверхности земли и повторяются во времени.
Из анализа характеристик волновых полей техногенного и антропогенного происхождения следует, что для обеспечения уверенного выделения полезной информации о несанкционированных вмешательствах в трубопроводы необходимо осуществлять наблюдение поля в дальней зоне или области полупространства, характеризующейся максимальным отношением сигнал / помеха. Применение интерференционных систем на приеме в виде группирования и регулируемого направленного приема, а также частотной селекции и корреляционного преобразования обеспечивает выделение полезной информации.
Предложен способ корреляционного приёма сигнала m на двух каналах u1,u2, отягощенных помехами n1, n2. Функция взаимной корреляции этих процессов равна автокорреляционной функции полезной волны:
(1)
Для оценки поля несанкционированных работ предложен метод оценки энергии Е выбросов процесса за его средний уровень :
(2)
Волновые процессы, развивающиеся в горной среде нефтегазовых месторождений и в охранных зонах трубопроводов, имеют интерференционную структуру, обусловленную наложением большого числа волн.
Возбуждаемое поле упругих волн в силу общей стохастичности условий возникновения и распространения носит случайный характер. Нерегулярность волновых процессов затрудняет построение систем пеленгации контроля несанкционированных действий. Но их стохастичность не исключает наличия скрытых периодичностей в силу квазирегулярности некоторых процессов работы механизмов (ручные или механизированные земляные работы), завуалированных нерегулярными флуктуациями.
Изучение волновых явлений в охранных зонах трубопроводов показало, что волновые процессы следует рассматривать как особые статистически определенные совокупности - случайные волны и случайное поле колебаний. Вследствие этого анализ динамических процессов позволяет использовать теорию случайных функций. При этом должен быть определен класс реально наблюдаемых волновых процессов. Общий анализ условий возникновения и распространения этих полей показывает, что они относятся к разряду стационарных случайных полей и могут быть адекватно описаны с помощью моментов распределения дискретных значений амплитуды. Это и определяет способ пеленгации и построение системы обработки информации.
Третья глава посвящена разработке метода пеленгации посторонних источников поверхностных волн, связанных с работами по несанкционированному доступу к нефтегазовым объектам.
Разработанный метод пеленгации источников волновых полей, вызванных техногенными факторами (например авариями) и несанкционированной деятельностью в охранной зоне трубопроводов (например земляными работами), отвечает двум основным требованиям:
- высокая точность пеленгации объекта постороннего шума;
- высокая надежность (помехоустойчивость) обнаружения этих объектов.
Реализация этих требований осуществлялась путем организации остронаправленного и помехоустойчивого приема волновых полей стационарного характера на фоне случайных шумовых помех.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили определить основные условия, выполнение которых должна обеспечивать измерительная система:
- синхронное измерение продольных (P) и поперечных (S) компонентов волновых процессов, развивающихся в охранной зоне;
- надежное выделение информации о процессах, сопровождающих несанкционированные работы в охранной зоне трубопровода, на фоне помех.
Эти условия предопределяют ряд мероприятий, выполняемых непосредственно при измерениях с двумя главными целями:
- обеспечить подавление помех на приеме;
- обеспечить возможность применения эффективных способов последующей обработки для выделения полезной информации и формирования критериев пеленгации.
Для решения задач первого рода измерительная система строится как многоканальная для регистрации Р- и S-волн на поверхности.
Целесообразность увеличения канальности системы обосновывается задачей повышения точности и надежности информации за счет усреднения оценок случайных процессов, во-первых, и применения систем разновременного суммирования, во-вторых. В соответствии с этими требованиями, а также с принципами статистической теории и теории направленного приема число каналов должно составлять 9 - 11. Это обеспечивает достаточное статистическое усреднение условий регистрации и подавления нерегулярных помех, с одной стороны, и стабилизацию главного и первого побочного максимумов характеристики направленности регистрирующей системы, с другой.
Требование снижения уровня регулярных волн-помех (или их подавления) приводит к необходимости группирования геофонов на каждом приемном пункте. Число геофонов в группе и база группирования определяются на основе данных о волновом составе упругого поля.
При расчете параметров группирования геофонов использовались данные проведенных нами опытно-промысловых работ, в результате которых установлено:
- спектры полезных волн и волн-помех заключены примерно в одном и том же диапазоне граничных частот 10 Гц ≤ ≤ 45 Гц;
- кажущиеся скорости основных волн-помех находятся в диапазоне 400Е1000 м/с;
- нижний предел скорости полезных волн, регистрируемых на фоне помех, равен 4000 м/с.
Поскольку по частотному составу волновые помехи и полезные волны близки между собой, база группирования определялась для волн-помех с наибольшей скоростью. В этом случае для помех с меньшими кажущимися скоростями найденное значение базы будет тем более достаточным.
Характеристики направленности информационно-измерительной системы приведены на рисунке 3.
n = 12, х = 8 м (а); n = 10, х = 5 м (б), где n - количество геофонов;
х - расстояние между геофонами; k - нормированное значение
характеристики; f - частота, Гц
Рисунок 3 - Частотные характеристики групп геофонов
Поверхностные волны, связанные с проведением работ в охранных зонах, имеют малую амплитуду. Возможность выявления этих волн в общем волновом поле может быть реализована на основе многократного накопления (суммирования) сигналов, излучаемых из зоны несанкционированных действий. В работе показано, что амплитуда поверхностных волн, используемых при пеленгации места врезок в трубопроводы, должна превышать амплитуду других поверхностных волн на 1 - 2 порядка
(в 10Е100 раз). Поэтому для выделения целевых волн в информационно-измерительной системе необходимо их усиление в 10Е100 раз. Это возможно накоплением информационных сигналов с кратностью 104, так как усиление суммарного сигнала происходит в раз накоплений.
Показано, что с целью расширения функциональной возможности информационно-измерительная система для контроля охранной зоны трубопроводов должна иметь возможность пеленгации не только криминальных, но и техногенных аварий, связанных с нарушением целостности трубопроводов. Такие аварии, возникающие, например, при коррозионном разрушении стенок трубы, сопровождаются образованием так называемых свищей - тонких струй продукта, выбрасываемых из трубопровода под большим давлением. При этом в месте образования свища возникает достаточно мощный источник акустической эмиссии. Он может быть запеленгован разработанной информационно-измерительной системой при выполнении дополнительных условий выделения высокочастотных колебаний, характерных для струйного течения продукта, и повышения кратности накопления сигнала.
Четвертая глава посвящена разработке информационно-измерительной системы обнаружения несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам, основанной на новых принципах её информационного обеспечения.
Разработаны теоретические и практические аспекты организации информационно-измерительной системы обнаружения несанкционированных врезок в трубопроводы. Новая система принципиально отличается от существующих информационно-измерительных систем контроля несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам. Разработанная ИИС основана на упреждающем контроле вмешательств за счет регистрации в динамике и точечного накопления изменяющихся параметров волнового поля в охранной зоне.
На основе теоретического обоснования и экспериментальной отработки разработана функциональная схема ИИС, включающая следующие основные блоки:
- 3-компонентные геофоны для регистрации продольной и двух поперечных составляющих волновых полей;
- блоки предварительной фильтрации и усиления сигналов упругих волн;
- блоки регулируемых линий задержки для формирования характеристики направленности приемной системы;
- блок интегрирования и квадрирования сигналов;
- блок накопления сигналов;
- блок памяти;
- блок-схему сравнения значений среднеэнергетического уровня (уставок) и текущей мощности сигналов;
- блок выработки аварийного сигнала.
Эти блоки являются основными для нескольких приводимых в работе конфигураций приемно-измерительной системы: линейной и пространственной систем, а также системы кругового обзора.
В свою очередь, линейная система выполнена в двух вариантах: стационарной системы и регулируемой направленной системы приема.
В первом случае система реагирует путем тревожной сигнализации при срабатывании датчика, ближайшего к месту несанкционированных работ. Схема линейной информационно-измерительной системы приведена на рисунке 4.
1 - геофоны; 2 - фронты волн; 3 - пульт управления;
АТ - максимальный уровень сигнала
Рисунок 4 - Схема линейной информационно-измерительной
системы
Во втором случае, так же как и для пространственной системы, реализуется направленный регулируемый прием сигнала упругих волн. Схема системы с регулируемым приёмом сигнала приведена на рисунке 5.
Эти системы являются активными пеленгующими системами с изменяющимся положением главного максимума характеристики направленности. Такие системы сканируют охранную зону нефтегазового объекта, в частности подземного трубопровода, как бы заметая последнюю лучом главного максимума характеристики направленности.
а) геоакустическая локация шумящего объекта;
б) полярная диаграмма направленности;
в) амплитудная характеристика направленности системы;
1 - шурф; 2 - фронт упругих волн; 3 - характеристика
направленности при разных позициях системы; 4 - геофоны
Рисунок 5 - Схема системы с регулируемым приемом сигнала
Принцип работы системы состоит в следующем. Упругие волны, возбуждаемые ударами при проведении земляных работ, инициируют геофоны приемной системы. Генерируемые ими электрические сигналы проходят цепи фильтров, усилителей, преобразователей и фиксируются в запоминающем устройстве при разных положениях главного максимума характеристики направленности. При совпадении направления луча главного максимума характеристики направленности с направлением на источник шума в приемной системе отмечается максимальная мощность сигнала. Следовательно, задача состоит в обнаружении такого направления главного максимума характеристики, которое совпадает с направлением хода волны от источника шума. Такой поиск осуществляется в слепом режиме, другими словами, перебором всех направлений главного максимума и оценки мощности сигнала, возникающего в системе в каждом из этих направлений. Максимальный уровень сигнала, получаемого в одном из этих направлений, определяет пеленг источника шума. Перебор направлений главного максимума осуществляется за счет создания искусственных задержек между электрическими сигналами, поступающими от элементов регистрирующей системы (геофонов).
Введение таких задержек адекватно виртуальному изменению физического положения в пространстве приемных систем, т.е. повороту наземных приемных линий геофонов.
Таким образом, предлагаемая следящая система просматривает всё полупространство и фиксирует то направление, по которому наблюдается наибольший уровень шума.
Признаки, по которым в проектируемом устройстве идентифицируются несанкционированные работы, основаны на том принципе, что эти работы осуществляются в течение достаточно длительного времени, т.е. акустический шум стационарен по месту его возникновения, тогда как помехи распределены случайным образом в наблюдаемой зоне. Поэтому в устройстве осуществляются многократное сканирование с заданным временным интервалом охранной зоны и суммирование всех сигналов при каждом сканировании. Вследствие этого при многократном суммировании сигнал в направлении на источник шума несанкционированных работ усиливается с каждым актом обзора пропорционально значению , где n - число суммируемых каналов, тогда как несинфазное суммирование случайных помех дает только постоянное фоновое значение. На рисунке 6 приведена схема пеленгации объектов.
Научно обоснованы принципы и способы построения геолокационной системы прослушивания основных нефтегазовых объектов месторождения и мониторинга технологических процессов с выводом информации на диспетчерский пункт.
, , ; , , - текущее время;
Е - энергия сигнала; х - расстояние
Рисунок 6 - Схема пеленгации движущегося и стационарного
объектов
Такая система осуществляет круговой обзор и предусматривает 3 основных уровня контроля. Структурная схема автоматизированной информационно-измерительной системы контроля несанкционированного доступа к трубопроводам приведена на рисунке 7. При этом проведена классификация и обоснован выбор технических средств для построения информационно-измерительной системы. В таблице 1 приведены результаты ранжирования уровней контроля и технических средств.
Рисунок 7 - Структурная схема ИИС контроля
несанкционированного доступа к трубопроводам
Таблица 1 - Уровни контроля и технические средства
Уровень контроля | Технические средства |
Уровень оперативно-производственной службы, обеспечивающий в режиме реального времени централизованный мониторинг за совокупностью участков продуктопровода | - автоматизированное рабочее место диспетчера; - принтер; - сервер сбора данных; - коммуникационное оборудование; - оборудование связи |
Уровень опрашиваемых пунктов, обеспечивающий автоматический сбор и обработку контролируемых параметров, передачу информации на уровень оперативно-производственной службы | - шкаф сбора данных с необходимой элементной базой (аналого-цифрового преобразования) для принятия нормированных сигналов от геофонов; - оборудование связи |
Уровень полевого контроля, обеспечивающий преобразование физических параметров (шума) в нормируемые значения, воспринимаемые микропроцессорными устройствами | - геофоны |
Разработанная система работает на принципе пространственного сканирования. При этом в памяти электронной структуры системы заложены акустические признаки (образы) нефтегазовых объектов (сепараторы, факельные трубы, трубопроводы и др.). При появлении новых объектов шума или при изменении характеристик волнового поля известных объектов выдается сигнал аварийного реагирования. На рисунке 8 приводится схема кругового обзора конструктивных элементов нефтегазового объекта.
Рисунок 8 - Схема кругового обзора промышленной зоны
Достоинством разработанной информационно-измерительной системы является способность её интегрирования в действующие комплексы технологического контроля работы нефтегазовых объектов.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
- По результатам проведенного анализа и исследований установлено, что научную и прикладную ценность имеет дальнейшее совершенствование системы контроля несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам на основе акустического сканирования, а именно совершенствование метода и способа пеленгации посторонних источников поверхностных волн в охранных зонах, а также создание новой информационно-измерительной системы упреждающего обнаружения несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам.
- Установлены закономерности изменения параметров шумовых и регулярных волновых полей в охранных зонах нефтегазовых объектов, разработана физическая модель пеленгации объектов постороннего шума в этих зонах, в основе которой лежат периодическое сканирование охранных зон с заданным временным интервалом, многократное накопление сигналов с целью выявления стационарных источников волнового поля и снижения уровня нерегулярных шумовых помех.
- Разработаны метод и способ пеленгации посторонних источников поверхностных волн для контроля несанкционированного доступа в охранную зону нефтегазовых объектов.
- Разработан принципиально новый подход к построению информационно-измерительной системы контроля несанкционированного доступа в охранной зоне нефтегазового объекта и предложен алгоритм контроля, основанный на анализе изменения параметров волновых полей, возникающих при проведении земляных работ. Разработаны структура и схема системы линейного и пространственного акустического сканирования и геолокации нефтегазовых объектов.
- Усовершенствованную систему контроля несанкционированного доступа к нефтегазовым объектам на основе акустического сканирования, а именно метод, способ и информационно-измерительную систему упреждающего обнаружения несанкционированного доступа на нефтегазовых объектах, рекомендуется использовать на нефтегазовых объектах
ОАО Газпром, ОАО АК Транснефть и других нефтегазовых компаний.
Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:
Ведущие рецензируемые научные журналы
- Рогоцкий Г.В., Ягудина Л.В., Клейменов А.В. Первые результаты разработки системы сейсмоакустического мониторинга трубопроводного транспорта углеводородов // Нефтепромысловое дело. - 2011. - № 8. - С. 107-109.
- Рогоцкий Г.В., Ягудина Л.В., Клейменов А.В. Информационное обеспечение системы обнаружения несанкционированных врезок в трубопроводы // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. - 2012. - № 1. - URL:
- Рогоцкий Г.В., Ягудина Л.В., Клейменов А.В. Система упреждения несанкционированных врезок на основе геолокации охранных зон трубопроводов // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. - 2012. - № 1. - URL:
- Рогоцкий Г.В., Ягудина Л.В., Клейменов А.В. Система мониторинга целостности магистральных продуктопроводов // Безопасность в техносфере. - 2012. - № 1. - С. 7-8.
- Клейменов А.В., Кораблева Е.Н., Ягудина Л.В., Влацкая И.В. Построение автоматизированной системы определения несанкционированных действий посторонних лиц в охранной зоне продуктопровода // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2012. - № 4. - С. 45-48.
- Кораблев Е.Н., Ягудина Л.В., Влацкая И.В., Клейменов А.В. Современные методы и автоматизированные системы предупреждения и обнаружения незаконных врезок в продуктопроводы // НТЖ Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов / ИПТЭР. - 2012. - Вып. 1 (87). - С. 88-95.
Прочие печатные издания
- Ягудина Л.В., Брежнева И.Н. Скважина как источник воздействия на окружающую среду // Экологические проблемы нефтедобычи. Сб. тр. Всеросс. научн. конф. 22-25 ноября 2010 г. - Уфа: Нефтегазовое дело, 2010. - С. 244-249.
- Брежнева И.Н., Ягудина Л.В. Проблемы оценки ущерба биоресурсам при авариях на газопроводах // Научные итоги 2010 года. Сб. научн. тр. по матер. Междунар. научн.-практ. конф. - Киев, 2010. - С. 11-14.
- Рогоцкий Г.В., Ягудина Л.В., Клейменов А.В. Первые результаты разработки системы сейсмоакустического мониторинга трубопроводного транспорта углеводородов // Основные проблемы поиска, освоения и обустройства нефтегазовых месторождений и пути их решения. Тез. докл. Пятой научн.-техн. конф. с международным участием 19-20 мая 2011 г. - Оренбург: ООО ВолгоУраНИПИгаз, 2011. - С. 109-110.
- Ягудина Л.В., Рогоцкий Г.В., Клейменов А.В. Прогнозирование аварий с помощью применения волновых технологий // Актуальные проблемы науки. Сб. научн. тр. по матер. Междунар. научн.-практ. конф.
30 мая 2011 г. - Тамбов: Изд-во ТРОО Бизнес - Наука - Общество, 2011. -
С. 157. - Ягудина Л.В. Применение волновых технологий с целью прогнозирования опасных природных факторов, мониторинга промысловых объектов и магистральных трубопроводов // Наука в современном мире. Матер. VI Междунар. научн.-практ. конф. 31 мая
2011 г. - М.: Изд-во Спутник+, 2011. - С. 174-177. - Рогоцкий Г.В., Ягудина Л.В., Клейменов А.В. Система мониторинга целостности магистральных продуктопроводов // Устойчивое развитие территорий: управление природными, техногенными, пожарными, биолого-социальными и экологическими рисками. Сб. матер. Междунар. научн.-практ. конф. 6-7 октября 2011 г. - Оренбург: Институт управления рисками и безопасностью жизнедеятельности ФГОУ ВПО Оренбургский государственный аграрный университет, 2011. - С. 83-86.
- Ягудина Л.В., Рогоцкий Г.В., Клейменов А.В. Решение проблемы обнаружения незаконной деятельности в охранной зоне трубопровода с помощью геолокации // Энергоэффективность. Проблемы и решения. Матер. XI Всеросс. научн.-практ. конф. 19 октября 2011 г. - Уфа, 2011. - С. 238-242.
- Ягудина Л.В., Рогоцкий Г.В., Клейменов А.В. Инновационный метод обнаружения несанкционированных действий в охранной зоне трубопровода // Прогрессивные технологии в транспортных системах. Сб. ст. Десятой междунар. научн.-практ. конф. 25-27 октября 2011 г. - Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2011. - С. 415-419.
- Ягудина Л.В., Рогоцкий Г.В., Клейменов А.В. Повышение точности и надежности системы геоакустической пеленгации объектов в охранной зоне // Инновационные решения для нефтегазовой отрасли (Опыт и перспективы). Сб. тр. научн.-техн. конф. с международным участием
19-20 мая 2012 г. - Оренбург: ООО ВолгоУраНИПИгаз, 2012. - С. 75.
Фонд содействия развитию научных исследований.
Подписано к печати 6.06.2012 г. Бумага писчая.
Заказ № 156. Тираж 100 экз.
Ротапринт ГУП ИПТЭР. 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям