Применима ли бесконтактная магнитометрическая диагностика для обследования подводных трубопроводов (шельфовая добыча нефти и газа, морские терминалы и т.п.) и переходов трубопроводов через водные преграды (реки, озера)?

Как осуществляется современный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа, а также иных жидких и газообразных продуктов? Для этих целей во всем мире строятся и постоянно модернизируются трубопроводы. Именно они являются основным видом транспорта сырья от места его добычи и переработки к местам непосредственного потребления. грузопоток по трубопроводным системам в сотни раз превосходит транспортировку жидкостей и газов всеми другими видами транспорта, вместе взятыми.

Трубопровод может иметь длину более 5 000 км и на своём пути они пересекать множество рек, озер, болот и даже морей. Как же этим металлическим сооружениям на всем протяжении водных переходов сохранить свою надежность (целостность) в течение длительного срока эксплуатации? В таких случаях для подводных переходов магистральных трубопроводов строятся специальные параллельные (резервные) нитки – так называемые лупинги...Диаметр основной и резервной нитки (лупинга) трубопровода на протяжении водного перехода обычно отличен от диаметра линейной части под землей. Подобная 2-х ниточная конструкция обеспечивает поочередное выведение из эксплуатации участков водного перехода дл технического диагностирования снарядами-дефектоскопами. Причем, как правило, диаметр труб водного перехода отличен от остальной линейной части.

В случае, если лупинг не предусмотрен проектом, трубопровод на протяжении водного перехода обладает тем же проходным сечением, что и подземная линейная часть, однако подобная конструкция не позволяет провести внутритрубное диагностирование (ВТД) объекта без его остановки.

Поскольку подводные сооружения несут в себе потенциальную опасность загрязнения акватории, создана специальная система норм для подобных объектов 1 и 2 категорийности с особыми требованиями к их проектированию, строительству, эксплуатации и утилизации. Такие меры предосторожности обусловлены возможностью разлива нефтепродуктов или аварийным выбросом газа при разрерметизации подводных трубопроводов.

Во избежание подобных риском и связанных с ними прямых и косвенных убытков , проводится обследование технического состояние подводных переходов.

Как обеспечивается безопасность конструкции подводного перехода?

Участки под основную и резервную нитки перекрываются специальной автоматической телеуправляемой запорной арматурой.
Защитные береговые сооружения, которые предотвращают размыв и появление оползней.
Конструкции для регулировки русловых изменений.
Защитные механизмы от аварийных утечек продукта из трубопровода.
Опознавательные знаки подводных переходов, которые устанавливаются для охраны и ограждения.
Специальные камеры пуска-приема снарядов-дефектоскопов, которые служат для запуска диагностических инструментов для внутритрубного обследования (ВТД) подводных переходов – при двухниточном исполнении.

На что стоит обратить внимание перед проведением обследования подводного перехода?

Наличие и функциональность имеющихся пунктов технического обслуживания.
Бесперебойность и качество работы станций электрохимической защиты (ЭХЗ).
Стабильность режима и регулярность перекачки продукта в заданном периоде времени.
Характер работы перехода с включенными одной или двумя нитками.
Экспертиза качества проектирования, строительства и эксплуатации, возможные дефекты металла, возникшиево время эксплуатации.
Соответствие параметров и технического состояния нормам нормативно-правовых актов.
Наличие утраты изоляционного покрытия или повреждения металла стенки труб труборовода без утери герметичности.
Дефекты футеровки и изоляционном покрытии, а также пригрузах.
Состояние и эффективность берегоукреплений.
Размывы грунтового основания в результате течений, ледовой нагрузки во время паводков и т.п.

Диагностика технического состояния трубопровода проводится и в случае отсутствия возможности применения ВТД. В подобных случаях применяют альтернативные методы внешней диагностики – в частности, водолазное обследование, включающее визуальный контроль состояния футеровки, пригрузов, изоляционных покрытий, наличия размывов грунта, свободных провисло и т.п. С привлечением специальных судов осуществляется поиск оси подводного объекта с использованием гидролокаторов бокового обзора (ГБО). Вплоть до недавнего времени контроль металла в подобных обследованиях осуществлялся лишь в отдельных точках подготовленной к контролю поверхности (ультразвуковая толщинометрия). Поскольку это весьма трудоемко и затратно, то существует система определения первоочередных участков выборочного контроля.

Какие участки проверяются в первую очередь?

Части акватории, примыкающие со стороны более высокого давления.
Расположенные на местах с вечной мерзлотой, болотистыми или сыпучими грунтами, льдистых территориях.
Размещенные в дельтах рек, в глубоководных озерах.
Места с пучением или осадкой грунтовых слоев.
Места предыдущих аварий или форс-мажорных инцидентов.
Участки с минимальным или отсутствующим защитным потенциалом ЭХЗ.
Расположенные рядом с ЛЭП.

Какие технологии используются для мониторинга и диагностики водных переходов и подводных трубопроводов?

Чтобы определить основные параметры, характеризующие надежность подводных трубопроводов, следует обратиться к применению инновационных технологий. На сегодняшний день используются:

гидроакустические и электромагнитные комплексы для поиска оси заглубленного в грунт подводного трубопровода;
сейсмоакустические технологические комплексы для определения сейсмоопасных зон;
навигационные системы, определяющие геодезические координаты оси и точек измерений.
водолазное обследование для получения визуальной информации о техническом состоянии подводных трубопроводов и мест разгерметизации, выборочной ультразвуковой толщинометрии, а также технического обслуживания;
автоматизированные комплексы дистанционного обследования металла подводных трубопроводов методом магнитной томографии (технология АВА-МТМ) с применением подводных неуправляемых или управляемых роботов, а также подводеых сканирующих комплексов, смонтированных на гидроскутерах для работ на мелководье (до 50-ти метровой глубины)
новейшие АПК на дронах (октокоптерах) для диагностирования труднодоступных (в том числе подводных) участков трубопроводов – например, для обследования водных переходов якутских рек с применением метода магнитной томографии (технология ФЛАЙ СКИФ)

Для определения геодезических координат, применяются специализированные навигационные инструменты и технологии.

1. Приборный комплекс автоконтроля с эхолотом Kongsberg Simrad EM30024 способен с участием водолазов:

быстро обнаружить участки трубопроводов, с провисами или оголениями (размывами грунта), с определением их размеров для последующей реконструкции.
определить состояние балластировки.
вычислить планово-высотное положение конструкции в русле реки и на берегах.
найти инородные предметы в акватории перехода.
измерять актуальную толщину стенок труб в отдельных точках доступа к поверхности металла.
обнаружить утечки газа.
видео- и фотофиксацию результатов.
зафиксировать направления и силу течений в акватории.

Согласно статистике, переходы, обследованные этим устройством, проводят больше времени без инцидентов (аварий) за счет своевременных ремонтно-восстановительных мероприятий. Учитывая возможность аренды такого оборудования вместо его приобретения, регулярное обследование подводных трубопроводов становится сравнительно доступным.

2. Гидролокаторы – проверенное временем оборудование для обследования водных переходов

Последние десятилетия эти гидролокационные устройства активно применяли наряду с эхолотами. Принцип его работы – получение данных о полопжении оси объекта по сигналу, отраженному от объекта обследования.

Существует два основных типа подобных устройств:

«Бокового обзора» – идеальны для открытой акватории с крупными масштабами и солидной глубиной водоёма.
«Кругового обзора» – отлично себя зарекомендовали на мелководных руслах с изгибами и неровностями рельефа.

Какими преимуществами обладают данные механизмы?

Позволяют визуализировать подводные трубы, заглубленные в грунт.
Показывают степень размыва грунта на отдельных участках.
Предоставляют возможность онлай оценить положение перехода, при критической ситуации, что позволяет сразу же предпринять необходимые действия.

3. Обследование на основе многолучевого эхолота

Одной из проблем обеспечения надежности подводных трубопроводных систем является точное определение мест пересечений инфраструктуры многониточных коридоров в реках, каналах, озерах, водохранилищах и прочих водных резервуарах с учетом экстремальных условий.

Подавляющее большинство подводных трубопроводов уложено в траншеи на дне рек и других водоёмов. Несмотря на то, что такой способ имеет массу преимуществ и наиболее популярен в сфере строительства, он имеет ряд недостатков, снижающих уровень долговременной надежности подводных переходов. Как следствие участки водных переходов трубопроводов являются зонами риска, в частности;

угрожая обрушением;
нанося многомиллионные убытки и создавая кризисную экономическую ситуацию для собственника;
отвлекая при аварии колоссальные ресурсы владельца объекта, поскольку ликвидация их последствий - весьма трудоемкий и длительный процесс, который отличается куда большей сложностью, нежели такие же отказы на сухопутной части сооружения.

Для максимально безопасной работы подводных переходов трубопроводов желательно использовать инновационные технологии на всех этапах: при проектировании, в процессе строительства конструкции, а также во время ее эксплуатации и технического диагностирования после установки всех коммуникационных систем.

Специалистами в данной сфере доказана высокая эффективность использования одновременно нескольких приборов для сопоставления их данных и корректирования полученной информации для формирования картины истинного положения вещей. Одним из подобных приборов для обследования подводных переходов является многолучевой эхолот, позволяющий:

осуществить подводную съёмку в режиме реального времени.
в режиме реального времени обнаружить места провисов или оголения стенки труб.
при должном обращении с эхолотом и его составляющими четко и понятно описать подводные рельефы без существенных смазываний и помех.

Обследование трубопроводов при помощи многолучевого эхолота предоставляет возможность обеспечить 100 % съёмки площади акватории с огромной плотностью данных. Результаты визуализации схожи с данными цифрового лазерного сканера во время наземных съёмок. Многолучевые эхолоты:

великолепно зарекомендовали себя на участках со сложным рельефом и способны полностью заменить боковые гидролокаторы.
позволяют контролировать не только процесс эксплуатации объекта, но и его строительство и монтаж.
способны картографировать акваторию водоёмов для наблюдения за изменениями, которые могут негативно отразиться на состоянии переходов.
обеспечивают детализированные снимки рельефа дна и помогают провести максимально выверенное и эффективное дноуглубление или расширение траншеи в грунте.
в кратчайшие сроки выполняет огромные объёмы работ без потери качественных характеристик

Приборный комплекс многолучевого эхолота работает на основе датчиков и устройств, а также соответствующего ПО, автоматически корректирующего работу системы. Обучение работе с подобным оборудованием – непродолжительно и доступно.

Обследование металла трубопроводо на участках подводных переходов

Для подавляющего большинства подводных трубопроводов провести внутритрубное обследование (ВТД) не представляется возможным. Вместе с тем именно состояние металла труб в конечном счете определяет надежность и функционирование конструкции в целом. Поэтому контроль металла – наиболее востребованная и актуальная задача для научных разработок, а также диагностического инжиниринга на всех стадиях жизненного цикла данных конструкций.

К чему сегодня сводится организация диагностического обслуживания водных переходов трубопроводов? Оно включает такие стадии, как то:

Создание качественной системы управления диагностикой.
Тщательное и заблаговременное планирование.
Полное и безукоризненное исполнение задуманных действий.

В свою очередь, техническую часть обследования переходов можно также разделить на несколько составляющих:

Функциональная диагностика, которая производится строго по установленным нормам и планам соответствующего органа управления.
Специальная – применяется в случаях форс-мажорных или аварийных ситуаций, которые могут существенно повлиять на работу конструкции.
Тестовая – используется сразу после монтажа всех частей перехода, а также после любого ремонта металла труб объекта.

Что включает в себя функциональное диагностирование?

Обследование внутренних и наружных поверхностей стенок труб снарядами-дефектоскопами (ВТД) с целью поиска нарушения целостности металла, в том числе смещения кромок сварных швов, а также выявления гофр, вмятин и потери металла (уменьшение толщины стенки труб) под влиянием коррозии.
Обследование металла подводного перехода также включает в себя расчеты параметров (геометрических форм и размеров) всех выявленных дефектов и объединения их в кластеры взаимного влияния (на несущую способность стенки труб)
Обнаружение даже мельчайших утечек из труб (нарушения герметичности).
Явственно видное нарушение границ охраняемых зон как в сторону увеличения, так и уменьшения.
Тщательное исследование эффективности работы электрохимических систем защиты от коррозии.
Замеры выявленных деформаций с последующим определением углов смещения оси трубопровода от проектного положения.
Обследование подводного перехода позволяет оценить состояние арматуры и поддерживающих конструкций (опор), определить необходимость ремонта или замены.
Оценка эффективной глубины заложения, решение вопроса по поводу смещения или перемещения оси трубопровода.
Проверка качества, плотности, степени износа изоляционных покрытий.
Оценка возможности прохождения внутритрубных снарядов-дефектоскопов или, в случае необходимости, очистных устройств (поршней).
Замеры толщины, плотности и степени изогнутости стенок труб (по данным снаряда-дефектоскопа).
Определение наличия дефектов геометрии самого трубопровода или его отдельных частей.

Диагностический процесс по специальной процедуре включает в себя:

замер уровня грунтовых вод для уяснения ситуации с дополнительным размывом грунта в местах водных переходов;
определение сектора промерзания (в случае наличия мелководного объекта) или ореола его оттайки;
обследование подводных переходов на уровень концентрации в среде ионов водорода, которые оказывают прямое воздействие на стенки труб;
изучение внешних воздействий и нагрузки от давления воды;
обследование на предмет смещения грунта, фиксация его перемещений при помощи карт;
контроль экологической ситуации вокруг подводных объектов, представляющих потенциальную опасность.

Тестовые обследования проводятся в специально созданных условиях для корректировки будущих постоянных нагрузок на трубы, во избежание негативных последствий эксплуатации.

Что входит в комплекс работ при приборном обследовании подводных переходов?

Эхолотирование при помощи новейшего оборудования.
Обследование дна и его рельефа при помощи гидролокационных устройств.
Изучение сейсмоакустики поддонов.
Электромагнитное профилирование для определения высотного положения труб, а также соответствия этих значений плановым проектным установкам.
Параметрию катодной защиты металлических стенок труб.
Изучение положения объекта в районах с береговыми защитными конструкциями.

В результате проведения данных обследований при помощи современной аппаратуры и привлечения услуг водолазных групп, специалисты и инженеры получают следующие ценные сведения:

определяется полная глубина водоема, что является одним из важнейших факторов, посокльку в разное время года она может существенно меняться. Глубина толщи воды косвенно определяет возможность проведения ремонтных работ на переходе;
получается информация о состоянии и рельефе дна водоёма, тк он может меняться с течением времени от начальных состояний, провоцируя преждевременный выход из строя и формируя условия возникновения повреждений и дефектов
оперативно выявляются дефекты дна или каких-либо потенциально опасных объектов: крутых спусков, намывов и затонувших объектов, которые могут повредить изоляцию, металл труб или арматурные конструкции;
выявляются провисания или перепады высот трубопровода, чреватые изломами и пробоями стенки, а также обширное коррозией в случае несвоевременного обнаружения;
подводные переходы получают объективную оценку состояния гидроизоляции, защищающей от пагубного длительного воздействия водной массы;
выявляются места с оголенным металлом стенки труб для своевременного проведения ремонтных работ;
проводится обследование переходов на наличие утечек транспортируемого продукта или его тотального скопления в грунтовых резервуарах;
сейсмоакустическое профилирование предоставляет возможность проанализировать переходы и грунты под ними на наличие сейсмоактивных зон. Они могут приводить к тотальным разрушениям при низких колебаниях.

Индикаторные приборы для обследования подводных переходов трубопроводов можно условно разделить на подгруппы:

устройства, предназначенные для визуального определения положения оси подводного объекта;
конструкции для батиметрической съемки рельефа дна;
гидролокаторы бокового и кругового обзоров, акустические профилографы и т.п.

Эти устройства ничего не измеряют, но с их помощью можно уверенно определить расположение оси трубопровода и характер его размыва.

За счет того, что в практику обследований подводных переходов и подводных трубопроводов входит активное использование современных ГИС-технологий (GPS, ГЛОНАСС), удалось добиться того, что:

В значительной мере была снижена трудоемкость проведения таких видов работ. Благодаря GPS-треккингу абсолютных географических координат можно значительно ускорить процесс поиска повреждений, а также сразу распознать смещения строений.
Наблюдается резкий положительный скачок показателей достоверности геодезических технических работ из-за наличия очень точной и чувствительной навигационной аппаратуры.
Обеспечилась полная совместимость геодезической привязки положения подводных переходов трубопроводов с линейной частью на береговых урезах в единой государственной системе координат.

Для того, что с максимальной точностью можно было измерить общую глубину водоема, а также, обнаружить оголенные и провисающие участки водных переходов, необходимо использовать современные эхолоты и гидролокаторы бокового обзора. Сегодня радует то, что обследование подводных трубопроводов – это пусть непростое и затратное, но эффективное дело, которое оказывает серьезную поддержку системы обеспечения безопасности за счет обилия новейших технологий и устройств. Благодаря таким механизмам, можно проводить качественные обследования переходов, обеспечивая точные расчеты параметров прогнозирования надежности.

Однако даже сегодня определение высотного положения участков подводных трубопроводов под защитным слоем грунта – довольно сложная задача, справиться с которой смогут лишь высококвалифицированные профессионалы. В этом им помогает инновационное автоматическое оборудование со сверхчувствительными датчиками, способное заменить труд водолазов.

Весь спектр проведения установочных и ремонтных работ по обследованию подводного перехода, происходит в несколько важнейших этапов:

Выполнение подводной видео- и фотосъемки всей площади водного пространства.
Нахождение и обследование всех обнаженных и провисающих участков подводного перехода.
Полная проверка и обслуживание состояния балластировки конструкции на тех участках, которые оголены либо провисают.
Выявление посторонних предметов на дне в месте подводного перехода, их исследование и утилизация
Точное определение месторасположения всех коммуникаций, их планово-высотного размещения под множественными слоями грунта в месте, где река или другой водоем берет свое начало.
Подготовительные водолазные работы в том месте, где планируется разместить трубопровод, по итогам которых специально обученным персоналом производятся расчеты, которые становятся основой данных для укладки трубопровода.
методичные разведывательные операции с качественной топографической съемкой береговой части для того, чтобы точно определить все места, где будет находиться узел коммуникаций.

Новинки техники направлены на тотальное совершенствование процесса диагностирования подводных переходов трубопроводов и подводных объектов морских трубопроводных систем. В частности, для значительной части конструкций обследование состояния металла снарядами-дефектоскопами невозможно или экономически нецелесообразно. Буквально в последние годы прогресс диагностических технологий привел к созданию автоматизированных диагностических комплексов дистанционного магнитного инспектирования металла и напряженно-деформированного состояния трубопроводов без подготовки к обследованию и нарушения целостности изоляционных покрытий и системы балластировки подземных сооружений. В частности, на конкурсе инновационных технологий для Арктики в Хьюстоне (2012 г) победила отечественная разработка AQUA-MTM на базе метода магнитной томографии. Критерии победы – новизна, готовность к применению, широта применения, ожидаемый экономический эффект, степень апробации.

Подведем небольшие итоги

Наука и техника не стоят на месте - постоянное развитие и модернизация приборов для проведения диагностики подводных трубопроводных систем значительно упрощает работу инженеров в области обеспечения надежности и позволяют обезопасить людей и окружающую среду от создания аварийных ситуаций.