Введение к работе
Актуальность работы. Приоритетными в XXI веке являются проблемы 5кологической безопасности и экологического мониторинга как объектов нефтяного профиля, так и территорий, связанных с эксплуатацией и разработкой нефтяных и газовых месторождений Западной Сибири. При этом решение задач эффективной разработки и эксплуатации месторождений нефти и газа - важная составляющая успешного развития экономики России и выхода ее из кризисного состояния.
Утечки жидких углеводородов на стадии их хранения по причине образования различных дефектов в резервуарах, аварийные разливы при авариях трубопроводов способны существенно повлиять на экологическую обстановку в регионе, а причиненный ущерб может составлять сотни миллионов рублей.
В этой связи надежная и безаварийная работа объектов добычи, транспорта и хранения нефти и газа во многом зависит от своевременного контроля их технического состояния, проведения планово-предупредительных профилактических мероприятий и ремонтов.
Поэтому для успешного решения этих задач целесообразно использовать современные системы автоматизированного контроля и управления, диагностики и обследования состояния промышленных объектов, основанные на применении новых и эффективных методов, а также с применением оригинальных методик, позволяющих получить не только качественные, но и количественные результаты о текущем состоянии контролируемого объекта.
Таким образом, в диссертационной работе представлено решение крупной народно-хозяйственной проблемы повышения надежности функционирования объектов нефтяной и газовой промышленности за счет применения новых методов контроля деформационных и коррозионных процессов, возникающих на этих объектах в ходе их строительства и эксплуатации.
Цель работы. Разработка методов, аппаратных и программных средств долговременного контроля деформаций и коррозионных процессов применительно к объектам транспорта и хранения жидких углеводородов для повышения надежности их функционирования.
Основные задачи.
1. Исследовать факторы, влияющие на формирование муаровой картины,
связанной с характеристиками видеосистемы и особенностями
контролируемых участков объекта, обосновать оптимальные параметры для
структурных компонентов видеосистемы.
2. Исследовать основные погрешности, влияющие на точность
измерений и преобразований, при использовании электронно-проекционного
муарового метода.
3. Разработать и исследовать первичные преобразователи перемещений,
обосновать принципы построения и разработать вторичные устройства на
базе микропроцессорной техники.
i-UL НАЦИОНАЛЬНАЯ |
і БИБЛИОТЕКА |
йчаьуій
4. Исследовать влияние процесса внутренней коррозии на промысловые нефтепроводы, разработать математическую модель расчета скорости коррозии для конкретных условий эксплуатации и систему для проведения исследований на физических моделях участков трубопровода.
5. Использовать результаты проведенных исследований, методические рекомендации и разработанные аппаратные и программные средства в производственных условиях, научных исследованиях и в учебном процессе.
Методы исследований содержат методы математической статистики при обработке экспериментальных данных, методы математического моделирования, использованы классические положения теории упругости и деформаций, теории вероятностей и передачи сигналов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
достаточным объемом экспериментальных исследований, обеспечивающим погрешность определения параметров не более 5%;
хорошей сходимостью результатов теоретических расчетов и лабораторных исследований;
положительными результатами применения разработанных методов контроля, аппаратных и программных средств в производственных условиях, научных исследованиях и учебном процессе.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
В результате экспериментальных и теоретических исследований установлены основные закономерности и параметры формируемой муаровой картины для контролируемой поверхности объекта.
На основе теоретического анализа и проведенных экспериментов впервые разработан дифференциальный электронно-проекционный муаровый метод контроля с использованием в качестве эталонной сетки синтезируемого в компьютере виртуального растра для получения муаровой картины.
На основе анализа инструментальных и программных погрешностей муарового метода обоснованы принципы построения устройств контроля и разработано соответствующее программное и методическое обеспечение.
Исследованы и разработаны первичные преобразователи перемещений индуктивного, емкостного и оптического типа, обоснованы принципы построения микропроцессорных устройств в качестве вторичных приборов.
Установлена взаимосвязь между видом передаваемой цифровой информации с объектов контроля и величиной полного сопротивления измерительной линии связи, на основании чего предложен оригинальный способ опроса контролируемых пунктов с компенсацией влияния температуры на линию связи.
В результате теоретического и экспериментального исследования процесса внутренней коррозии нефтепромысловых трубопроводов предложена математическая модель расчета и прогноза скорости коррозии, учитывающая особенности гидродинамического режима, состава и свойств многофазной смеси конкретного трубопровода.
7. Разработаны способ и устройство для идентификации типа смеси в трубопроводе.
8. Обоснованы принципы построения и разработана экспериментальная SCADA-система для исследования внутренней коррозии на реальной физической модели трубопровода.
Практическая значимость работы состоит в том, что на основании проведенных автором исследований разработаны и внедрены оригинальные методики контроля и соответствующие им аппаратные средства, а также программные продукты. Это позволяет сократить число аварийных ремонтов и простоев оборудования, получать качественную и количественную информацию о параметрах контролируемого объекта, сократить трудоемкость работ в 3-4 раза за счет автоматизации процесса измерения и обработки данных, осуществлять сбор данных с разноудаленных и труднодоступных точек.
Разработанные средства позволяют обеспечить мониторинг объектов транспорта и хранения нефти и газа с созданием временного архива, содержащего информацию о техническом состоянии объекта.
Реализация результатов работы. Результаты исследований
использованы при создании методических рекомендаций и устройств и
внедрены во Всесоюзном научно-исследовательском институте
гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО),
Гипротюменнефтегазе, в Тюменском государственном нефтегазовом университете.
Автор защищает: способ измерения топологии поверхности и деформаций объекта с использованием дифференциального электронно-проекционного муарового метода; принципы построения средств автоматизированного контроля деформаций и перемещений; математическую модель расчета скорости внутренней коррозии в трубопроводе; принципы построения SCADA-системы для исследования процесса внутренней коррозии в трубопроводе; устройство идентификации многофазного потока в трубопроводе; способ и устройство для передачи информации одновременно с нескольких контролируемых пунктов с компенсацией влияния температуры на приемной стороне.
Апробация работы. Основное содержание и результаты диссертационной работы докладывались на следующих научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах:
1. Республиканской научно-технической конференции «Моделирова
ние в задачах радиолокации и интроскопии неоднородных сред»
(Свердловск, 1983).
2. Всесоюзной научно-практической конференции «Повышение
эффективности инженерных изысканий для строительства в
нефтегазоносных районах Западной Сибири» (Тюмень, 1983).
3. Второй зональной научно-технической конференции по программе
Минвуза РСФСР «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 1983).
4. Республиканской научно-технической конференции «Цифровые методы обработки сигналов в задачах радиолокации, связи и управления» (Свердловск, 1984).
Всесоюзной научно-практической конференции «Инженерно-геологические изыскания в области вечной мерзлоты» (Благовещенск, 1986).
Всесоюзной научно-практической конференции «Инженерно-геокриологические проблемы Забайкалья» (Чита, 1987).
Всесоюзной школе-семинаре "Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования" (Ростов-на-Дону Новороссийск, 1991).
Межгосударственной научно-практической конференции "Нефть и газ Тюмени. Проблемы добычи и транспортировки" (Тюмень, 1993).
Четвертой научно-технической конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001).
10. Международном совещании «Энергоресурсосберегающие
технологии в нефтегазовой промышленности России» (Тюмень, 18-19
сентября 2001).
11. Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы
развития топливно-энергетического комплекса Западной Сибири на
современном этапе», (Тюмень, 2001).
12. Второй окружной конференции ХМАО «Наука и образование XXI
века» (Сургут, 2001).
13. Областной межвузовской научно-методической конференции
«Информационные технологии в образовательном процессе» (Тюмень, 2002).
VIII международной конференции «Разработка АСУТП в системе ТРЕЙС МОУД: задачи и перспективы» (Москва, 2002).
Международном семинаре компании METSO Automation (Москва, 2002).
Республиканской научно-технической конференции «Нефть и газ» (Тюмень, 2002).
17. V Международной научно-технической конференции «Новые
информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и
энергетике» (Петрозаводск, 2002).
18. IV Международной научно-технической конференции «Динамика
систем, механизмов и машин» (Омск, 2002).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 27 печатных работах, в том числе одной монографии, двух учебных пособиях, 6 авторских свидетельствах СССР и 2 патентах РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, списка литературы и приложений. Работа изложена на 302 страницах машинописного текста, содержит 107 иллюстраций, 8 таблиц, список литературы из 130 наименований, приложения на 4 страницах.
