CC BY
45
УДК 622.276
https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-5-6-17-26
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ГАЗОПРОВОДОВ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ
INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF SUBSURFACE UTILITY ENGINEERING FOR NON-METALLIC PIPELINE LOCATION
Пшенин В.В., Комаровский М.С., Подлесный Д.С., Розанова Л.Р.
Санкт-Петербургский горный университет, 199106, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4604-3172, E-mail: [email protected]
Резюме: Очевидной мировой тенденцией является распространение пластиковых трубопроводов при строительстве и ремонте подземных коммуникаций, в том числе распределительных газопроводов. Несмотря на очевидные достоинства неметаллических труб, их использование сопряжено с рядом специфических проблем, характерных для пластиковых материалов. Одной из таких существенных проблем, стоящих перед газовой отраслью в мировом масштабе, является проблема обнаружения подземных неметаллических коммуникаций и их селективное определение из числа смежных объектов. Определение местоположения подземного металлического трубопровода осуществляют современными методами и технологиями, но при этом технологии обнаружения и определения местоположения неметаллических трубопроводов все еще необходимо развивать. В данной работе обобщены современные тенденции и перспективы обнаружения и локализации подземных неметаллических трубопроводов. Первоначально в статье рассматриваются и анализируются технологии электромагнитной индукции, электромагнитные волновые технологии и другие технологии, основанные на физике. Затем обращается внимание на технологии акустического обнаружения и определения местоположения и, наконец, рассматриваются новые технологии. Проведено сопоставление технических характеристик каждого метода обнаружения и определения местоположения, а также их сильные и слабые стороны. Определены текущие тенденции и будущие перспективы полиэтиленовых трубопроводов. В работе предпринята попытка критически проанализировать и осмыслить имеющийся в этой сфере опыт и по результатам предложить рекомендации по развитию перспективных направлений исследований.
Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, полиэтилен низкого давления, метод георадарной съемки, подземный трубопровод, обнаружение неметаллических трубопроводов.
Для цитирования: Пшенин В.В., Комаровский М.С., Подлесный Д.С., Розанова Л.Р. Современные тенденции развития технологий определения местоположения газопроводов из неметаллических труб // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021. № 5-6. С. 17-26.
DOI: 10.24412/0131-4270-2021-5-6-17-26
Vladimir V. Pshenin, Maxim S. Komarovskiy, Dmitriy S. Podlesniy, Lubov R. Rozanova
Saint Petersburg Mining University, 199106, Saint Petersburg, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4604-3172, E-mail: [email protected]
Abstract: An obvious global trend is the proliferation of plastic pipelines in the construction and repair of underground utilities, including gas distribution pipelines. Despite the obvious advantages of non-metallic pipes, their use is fraught with specific problems inherent in plastic materials. One of such problems facing the gas industry on a scale is the problem of detecting underground non-metallic utilities and their selective identification from among the corresponding objects. The paper attempts to critically analyze and assess the existing experience in the field, and based on the results, as well as it proposes recommendations for the development of promising research studies.
Keywords: computer-aided design, low-pressure polyethylene, georadar survey method, underground pipeline, non-metallic pipeline detection.
For citation: Pshenin V.V., Komarovskiy M.S., Podlesniy D.S., Rozanova L.R. INNOVATIVE TECHNOLOGIES OF SUBSURFACE UTILITY ENGINEERING FOR NON-METALLIC PIPELINE LOCATION. Transport and storage of Oil Products and hydrocarbons, 2021, no. 5-6, pp. 17-26.
DOI: 10.24412/0131-4270-2021-5-6-17-26
1. Введение
В настоящее время наблюдается широкое распространение газопроводов из полиэтиленовых труб благодаря их преимуществам перед металлическими [1]. Однако существуют определенные сложности с поиском оси неметаллического трубопровода, в то время как мониторинг местонахождения потенциально опасных объектов является важной составляющей безопасного функционирования [2].
На данный момент существенная доля эксплуатируемых по всему миру подземных полиэтиленовых газопроводов (HDPE gas pipeline) не оборудована проводом-спутником или электронными маркерами, а также не имеет точной геодезической привязки к глобальной системе координат [3]. Кроме того, полиэтиленовые газопроводы, оборудованные проводом-спутником, в процессе эксплуатации прекращают обнаруживаться на местности вследствие механического
5-6
• 202 1
17
повреждения провода-спутника или коррозионного повреждения его соединений. В этой связи актуальной задачей является разработка метода, позволяющего определять местоположение полиэтиленовых газопроводов без разработки шурфов и без подключения к газопроводу дополнительных устройств или с подключением, но на значительно большем протяжении газопровода, чем существующее оборудование.
Для достижения указанной цели предлагается последовательно пройти следующие этапы:
- анализ нормативного подхода и обзор мирового опыта бесшурфовых методов определения оси полиэтиленовых трубопроводов;
- анализ свойств полиэтиленовых труб и природного газа, связанных с физическими методами индикации под слоем грунта;
- сопоставление физических методов индикации трубопроводов под слоем грунта;
- рекомендации по результатам сравнительной оценки вариантов возможных методов определения местоположения полиэтиленовых газопроводов.
Данная статья организована следующим образом: в разделе 2 отображен обзор современных тенденций поиска неметаллических подземных коммуникаций; в разделе 3 представлен анализ свойств полиэтиленовых труб, природного газа и грунта; в разделе 4 описаны методы поиска и в разделе 5 приводятся выводы данной статьи.
2. Обзор современных тенденций поиска неметаллических подземных коммуникаций
2.1. Анализ нормативного подхода определения оси
полиэтиленовых газопроводов
Внедрение и совершенствование стандартизации процесса определения местоположения подземных коммуникаций, в том числе подземных полиэтиленовых газопроводов, является общемировой тенденцией. Стандартизация позволяет повысить безопасность и технологичность проведения строительных работ, снижает риск наступления негативных последствий для заказчика, ускоряет темпы строительного производства [4].
Создание и совершенствование нормативных документов тесно сопряжены с текущим уровнем развития техники в области определения местоположения подземных коммуникаций. Данная область активно развивается, что находит отражение в эволюции национальных нормативных документов [5]. Цифровая интеграция, объединяющая научные направления, кадры, процессы, пользователей и данные, создаст условия для научно-технических достижений и прорывов, обеспечивающих научно-экономические разработки [6].
На данный момент разработка международных нормативных документов, регламентирующих процесс определения местоположения подземных коммуникаций, происходит в рамках комплексного развития направления по строительству и инженерным решениям подземных коммуникаций. По результатам анализа международной нормативной документации, регламентирующих документов, таких как: ASCE Standard 38-02, 2002 (США); CSA Standard S250-11, 2011 (Канада); Standards Australia Committee AS 5488-2013, 2013 (Австралия); British Standards Institute PAS 128, 2014 (Великобритания); UNI-Prassi di Riferimento 26 1,
2017, (Италия); Ecuadorian Institute for Standardization NTE INEN 2873, 2015 (Эквадор); Malaysia Standard Guideline for Underground Utility Mapping, 2006 (Малайзия) можно сделать вывод, что в большинстве случаев в документах отображено повышение требований к точности определения подземных коммуникаций по сравнению с принятыми ранее, при этом наиболее жесткие ограничения по поиску неметаллических трубопроводов заявлены в итальянском нормативном документе UNI/PdR26.1:2017 - точность определения полиэтиленовой трубы, проложенной на глубине от 1 до 1,5 м от оси должна составлять не более 125 мм, а основным нормативным геофизическим методом высокоточного поиска неметаллических подземных коммуникаций считается георадарный метод обследования.
2.2. Обзор опыта бесшурфовых методов определения оси полиэтиленовых газопроводов На сегодняшний день большие усилия в направлении поиска подземных газопроводов проводятся компанией Gas Technology Institute (США), а также в проекте Mapping the Underworld/MTU (Великобритания), объединившим усилия пяти университетов: The University of Sheffield, University of Birmingham, University of Leeds, University of Southampton, University of Bath. Кроме того, постоянно совершенствуют свое оборудование частные компании IDS Geo Radar (Италия), Leica (Щвецария), Radiodetection (Великобритания) [7-9].
Для России проблема обнаружения полиэтиленовых трубопроводов особенно значима, поскольку существенная доля эксплуатирующих организаций в своем ведении имеет газопроводы, не оборудованные проводом-спутником или электронными маркерами (рис. 1).
Был проведен анализ международного опыта развития технологий обнаружения подземных неметаллических трубопроводов [10-11], в ходе которого были выявлены такие факторы, как:
- повышение точности определения координат объекта обнаружения, в том числе его пространственное
|Рис. 1. Данные обеспеченности газопроводов устройствами обнаружения на местности в Российской Федерации
доля ПЭ газопроводов, оборудованных проводом-спутником, 27% | доля ГРО, в которых маркеры не применяются, 30% | доля ПЭ газопроводов, не оорудованных приводом-спутником, 73% доля ГРО, в которых маркеры не применяются, 70%
позиционирование путем определе- ■ Рис. 2. ния глубины залегания (достигается, к примеру, применением широкополосных антенн [12] или дублированием приемных устройств, работающих по принципу стерео-зрения);
- широкое использование георадарной техники с улучшенными характеристиками: наличием дополнительных несущих частот, увеличенным количеством антенн, оптимальным расположением приемников и передатчиков сигнала, с обработкой сканов в режиме реального времени;
- развитие технологий 3D-томо-графии подземного пространства при помощи георадарной техники [13];
- развитие интегрированных систем программного обеспечения с системами автоматизированного проектирования (САПР), позволяющими вносить подземные коммуникации в единую базу [14-15];
- разработка нейросетевых решений в области интерпретации сложного массива геофизических данных [16-18];
- улучшение систем фильтрации
шумов как на аппаратном, так и на программном уровне [19-21];
- создание мультисенсорных приборов, объединяющих в себе различные геофизические принципы поиска [22-23].
На качество разработок по поиску полиэтиленовых трубопроводов влияет тот фактор, что требования заказчика на изготовление устройства по поиску полиэтиленовых трубопроводов, как правило, противоречивы: с одной стороны, заказчики работ не хотят вкладывать большие средства в высокотехнологичные устройства поиска, а с другой -заявляют жесткие требования в части технических характеристик: точность, простота интерпретации и пр. [24].
По результатам рассмотрения требований различных организаций на российском рынке были отобраны основные современные требования к устройствам поиска
Основные требования к устройствам поиска подземных полиэтиленовых газопроводов
подземных полиэтиленовых газопроводов, которые представлены на рис. 2.
Выполнение этих требований возможно лишь при комплексном учете входящих в процесс поиска физических свойств сред в части их взаимодействия с методами поиска.
3. Анализ свойств полиэтиленовых труб, природного газа, грунта
3.1. Анализ свойств природного газа
Природный газ, подаваемый потребителям, в своем составе имеет преимущественно метан, в этой связи анализ свойств проведен на его примере. Незначительные количество этана, влаги, кислорода почти не оказывает влияния на процессы обнаружения подземного газопровода с поверхности грунта. Результаты анализа свойств природного газа
Таблица 1
Анализ свойств природного газа
Материальная среда
Природный газ
Акустические методы
Скорость звука в природном газе составляет 430 м/с. Распространение звука по акустическому каналу природного газа в полиэтиленовых трубах по результатам натурных испытаний ограничено величинами «200 м
Электромагнитные методы
Диэлектрическая проницаемость метана составляет «1, что делает хорошо видимой границу раздела на георадарных снимках
Роботизированные методы
Внутри действующего герметичного газопровода при отсутствии воздуха не достигаются взрывоопасные концентрации. Кроме того, природный газ может в ряде случаев выступать источником энергии для движения робототехнического комплекса
Методы введения в трубу магнитных частиц
Природный газ немагнитен (магнитная восприимчивость составляет 17,410-6 см3-моль-1), но способен нести в своем потоке ферромагнитные микрочастицы размерами вплоть до десятков микрон
Метод введения радиоактивных маркеров
Природный газ инертен по отношению к Rn-222, в его составе нет компонентов, способных образовать с ним химические соединения
5-6
2 02 1
19
I Таблица 3
Сравнительная оценка вариантов возможных методов определения местоположения полиэтиленовых газопроводов
Таблица 2
Анализ свойств ПНД материала труб
Материальная среда
Полиэтилен (ПНД)
Акустические методы
Плотность полиэтилена составляет не менее 930 кг/м3. Скорость звука в полиэтилене составляет «1700 м/с. Оценочно для стали эта величина «6000 м/с (плотность стали 7850 кг/м3). Полиэтилен является неподходящей средой для передачи звука на большие расстояния [27]
Электромагнитные методы
Полиэтилен прозрачен для электромагнитного излучения. Диэлектрическая проницаемость составляет 2,32...2,36 [28]
Роботизированные методы
Полиэтилен не обладает магнитными свойствами, что исключает часть возможных кинематических моделей роботов. В то же время коэффициент трения полиэтилена о сталь или о пластик достаточно низкий (0,2)
Методы введения в трубу магнитных частиц
В отличие от стальных, полиэтиленовые трубы не обладают магнитными свойствами. Магнитная восприимчивость полиэтилена составляет 9,6710-6 см3моль-1. Таким образом,полиэтилен не оказывает влияния на магнитное поле окружающего массива
Метод введения радиоактивных маркеров
Полиэтилен инертен по отношению к Rn-222 и прозрачен для гамма-излучения высокой энергии, при этом он задерживает альфа-частицы и, частично бета-излучение
Материальная среда
Грунтовая среда
Акустические методы
Анизотропность грунтовой среды, наличие в ней парогазовых пор, влажность -все эти факторы искажают передачу звуковых волн, а также приводят к их значительному затуханию (0,2-0,6 дБ/(кГцсм)) [29]
Электромагнитные методы
Диэлектрическая проницаемость грунтовой среды лежит в пределах от 1 до «40 (в случае высокой водо-насыщенности). При высоких значениях ЭМ волны быстро затухают [28, 30]
Роботизированные методы
Грунт препятствует дистанционному управлению робота с поверхности, что влечет необходимость кабеля питания/ управления, длина которого в силу технических ограничений не превышает обычно 80.100 м
Методы введения в трубу магнитных частиц
Изменение естественного магнитного поля, вызванное микрочастицами в потоке газа, может быть зарегистрировано с поверхности земли чувствительным магнитометром
Метод введения радиоактивных маркеров
Грунтовая среда в незначительной степени рассеивает мощное гамма-излучение, что делает этот метод потенциально применимым [31]
в части его взаимодействия с методами поиска представлены в табл. 1.
3.2. Анализ свойств полиэтилена
Газовые трубы изготавливаются из полиэтилена низкого давления (ПНД). Свойства материала приняты по ISO 44371:2014, а также по данным производителей. Результаты анализа свойств полиэтилена в части его взаимодействия с методами поиска представлены в табл. 2.
3.3. Анализ свойств грунтовой среды
С точки зрения поиска подземных коммуникаций грунтовая среда выступает основным препятствием. Массив грунта зачастую неоднороден, в нем присутствуют посторонние объекты, парогазовые полости и включения воды. Таким образом, это вызывает значительное затухание известных видов физических полей. Результаты анализа свойств грунтовой среды в части ее взаимодействия с методами поиска представлены в табл. 3.
4. Сравнительная оценка вариантов возможных методов определения местоположения полиэтиленовых газопроводов
Как упоминалось в предыдущих разделах, существуют различные методы и механизмы определения местоположения и обнаружения подземных полиэтиленовых трубопроводов. Однако применимость каждого метода сильно варьируется в зависимости от условий работы трубопровода, характеристик трубопровода и методов среднего расположения
внутри и снаружи трубопроводов. Например, расположение и глубина залегания неметаллических трубопроводов могут быть обнаружены с помощью таких методов, как метод электромагнитного индикатора, метод инфракрасной термографии и инерциальный гироскоп. Метод инфракрасной термографии может быть применен только к местоположению трубопровода. Метод упругих волн может быть применен ко всем типам подземных неметаллических трубопроводов, которые транспортируют нефть, нефтепродукты, природный газ, а также воду. Для обеспечения критериев выбора методов, подходящих для конкретных ситуаций, проанализированы основные доступные технологии определения местоположения неметаллических трубопроводов. Так, для акустического метода на рынке представлены такие устройства, как Ultra-Trac APL (США) (фото 1).
Принцип работы устройства основан на передаче в массив грунта звуковых волн, которые принимают отраженный сигнал и формируют картину подземного пространства. Данное устройство основано на разработке GTI. Прошло масштабные полевые испытания. Погрешность определения трубы в плане не более 45 см [25].
Gas Tracker 2 (Франция) (фото 2).
Принцип работы устройства основан на создании акустических колебаний в потоке среды. Возникающие акустические колебания улавливаются с поверхности земли при помощи чувствительного переносного устройства. Существенное влияние оказывают помехи от движущегося транспорта, отсутствует возможность поиска трубопровода в футляре. Дальность обнаружения сильно зависит
I 1. Ultra-Trac APL (США) [25] I 2. Gas Tracker 2 (Франция) [26]
13. Система виброакустики F4/Z820WA, производство (США) [27,28]
I 4. «Успех ТПТ-522Н» (Россия) [28] | 5 Ге°радар ^Df000 Hexagon Geosystems
(Швейцария) 1291
6. Stream C/IDS GeoRadar
(Италия) [301
17. AM Gradiometer AMG (США) [31]
I 8. «Capacitive Tomography (США) [32]
■ 9. Flexitrace, Tx-Energised Pushrod (Великобритания) [34]
10. Smart Ball, производство Канада [35]
I Рис. 3. Введение магнитных частиц [33]
от условий грунтовой среды, погрешность определения трубы в плане не более 30 см [26].
Еще одно устройство - экспериментальная система виброакустики F4/Z820WA, производство США (фото 3).
Принцип работы данного устройства основан на создании акустических колебаний в массиве грунта, при этом отраженные волны улавливаются развернутой системой датчиков. Отрицательная сторона состоЬт в том, что виброакустические системы трудоемки в использовании и требуют качественной интерпретации данных, также отсутствует селективность [27, 28].
Среди отечественных разработок, можно выделить устройство «Успех ТПТ-522Н» (Россия) (фото 4).
Принцип работы данного устройства основан на создании акустических колебаний в теле трубы. Возникающие акустические колебания улавливаются с поверхности земли при помощи чувствительного переносного устройства. Одна из отрицательных сторон устройства - это малый радиус действия («80 м), при этом звуковые колебания быстро затухают, поскольку полиэтилен плохо проводит звук [28].
Следующий метод электромагнитный. На рынке представлены следующие устройства: георадар Leica DS2000 Hexagon Geosystems (Швейцария) (фото 5).
Принцип работы устройства основан на излучении в массив грунта электромагнитных волн, по результатам обработки отраженных волн формируется радарограмма среза грунта. Данное устройство является на сегодняшний день ведущим в части поиска неметаллических объектов в массиве грунта. Однако до сих пор не решены классические проблемы георадарного оборудования, такие как проблемы поиска в обводненных и засоленных грунтах с высокими коэффициентами затухания. Кроме того, классические георадары дают только двумерные «срезы», что сильно увеличивает время обследования и усложняет интерпретацию данных [29].
Следующее устройство, основанное на электромагнитном методе, это Stream C/IDS GeoRadar (Италия) (фото 6).
Принцип работы данного устройства основывается на излучении в массив грунта электромагнитных волн с
большим количеством антенн различной поляризации, по результатам обработки отраженных волн формируется 3D-информация о подземном пространстве. Данный трехмерный георадар/томограф является наиболее совершенной на данный момент среди представленных на рынке коммерческих технологий. Точность обнаружения может достигать 5-10 см. Минусы георадарного оборудования по прежнему сохраняются, это плохая работа во влажных грунтах, а также высокая стоимость оборудования [30].
Следующим устройством является градиометр AM Gradiometer AMG производства США (фото 7).
Устройство пассивно принимает отраженные от подземных объектов электромагнитные волны. Отрицательная сторона устройства состоит в том, что работает только в области действия мощных сторонних источников радиоволн (вышки связи, радиостанции), также присутствует пассивная технология поиска, отсутствует селективность [31].
Опытный образец Capacitive Tomography (США) (фото 8).
Устройство считывает «аномалию» электрической емкости массива грунта, вызванную пустотой/трубой. Является тестовой разработкой компании GTI как альтернатива георадарному оборудованию. Было проведено недостаточное количество тестовых испытаний, чтобы судить о потенциально возможной точности в полевых условиях [32].
Еще одна разработка, основанная на электромагнитном методе при помощи введения магнитных частиц (патент № US5585725 (США), коммерческий аналог отсутствует, рис. 3).
Принцип работы предлагаемого метода подразумевает введение в поток газа намагниченных частиц в специальной оболочке. Авторы данного метода предлагают искать частицы с поверхности земли магнитометром. При этом можно сделать вывод, что ведение в поток газа частиц приводит к ухудшению свойств газа и требует дополнительной фильтрации у потребителей. Дальность распространения частиц ограничена гидродинамикой потока газа и составляет «100 м [33].
Роботизированные методы поиска. На рынке представлено оборудование Flexitrace, Tx-Energised Pushrod (Великобритания) (фото 9).
Принцип работы устройства основано на введении в предварительно опорожненный газопровод специального зонда-излучателя, который проталкивается на гибком тросе. При этом область действия ограничена длиной кабеля (около 80...100 м), требует опорожнения газопровода и временного отключения потребителей [34].
Следующее роботизированное устройство - Smart Bail (производство Канада, фото 10).
Принцип работы Smart Ball состоит в следующем. В поток газа помещается шарообразное устройство диаметром меньше, чем внутренний диаметр трубы, что позволяет ему свободно проходить препятствия. При движении в потоке устройство излучает ультразвуковые колебания и таким образом идентифицирует утечки. Помимо этого, устройство в своем составе имеет специальный трекер, что позволяет после извлечения построить пространственную модель обследуемой коммуникации. Технология введения в поток жидкости/газа устройства Smart Bail подразумевает под собой обследование протяженной линейной магистрали, но при этом разветвленные сети не обследуются. Минимальный диаметр трубы ограничен 4" [35].
111. Honeybee pipe inspection robot (США) [36]
112. MTU Mobile Laboratory (Великобритания) [37]
Устройство Honeybee pipe inspection robot (США, фото 11).
Робототехническое устройство передвигается под управлением оператора, фиксируя свои координаты, и оценивает состояние трубы. Honeybee pipe inspection robot изначально применялся для обследования футляров через контрольную трубку. Недостатком устройства является длина обследования, которая ограничена длиной кабеля (примерно 80...100 м). Применяется для обследования стальных труб, поэтому конструкция требует доработки для обследования полиэтиленовых газопроводов [36].
Мультисенсорный метод. Авторы статьи [37] предлагают опытный образец Mapping The Underworld (MTU) Mobile Laboratory (Великобритания, фото 12).
Принцип работы предлагаемого устройства объединяет различные технологии поиска и включает в себя виброакустическое, георадарное, магнитное устройства. По словам авторов статьи, данное устройство разработано в рамках проекта MTU и его апробация показала, что наиболее точным и применимым для большинства случаев обнаружения объектов устройством в составе мультисенсорного блока является георадар [37].
Радиационный метод. Ученые физического факультета Софийского университета им. св. Климента Охридского (Болгария) предлагают метод обнаружения полиэтиленовых трубопроводов, основанный на высокоточном
гамма-спектрометре. Данное устройство находится в стадии разработки [36].
Авторы работы [38] предлагают подавать изотоп 222Rn в поток газа при помощи специального дозатора из устройства генерации радона. При этои они уточняют, что для проведения данной операции необходимо отключить потребителей газа от снабжения, а поиск трубопроводов с поверхности грунта проводить высокоточным гамма-спектрометром.
На наш взгляд, недостатками данного метода является то, что потенциально достигаемая точность обнаружения полиэтиленовой трубы на глубине 1,2 м составляет 10 см, также данный метод сопряжен с опасностью поступления радиоактивного изотопа потребителям природного газа, поскольку период полураспада 222Rn составляет 3,8 сут.
В настоящее время неразрушающий контроль, становится все более актуальной темой исследования. Повышенные требования к размещению неметаллических трубопроводов были вызваны требованиями к разным грунтам, глубине залегания и электромагнитному излучению. Следовательно, существующие технологии обнаружения и определения местоположения подземных неметаллических трубопроводов необходимо модернизировать и преобразовать с помощью новых технологий и инноваций. Исследования в будущем будут нацелены на новый метод определения местоположения неметаллических трубопроводов с комбинацией вышеперечисленных методов.
5. Выводы
Из вышеперечисленных методов была выявлена тенденция развития именно методов 30-георадарного исследования, а также применение комплексных методов поиска подземных коммуникаций. В ходе работы учтен опыт передовых международных проектов по поиску полиэтиленовых труб. Результаты рассмотрения проектов позволяют утверждать, что электромагнитные методы сканирования массива грунта являются на сегодняшний день незаменимыми в вопросе гарантированного обнаружения полиэтиленовых труб в сложных условиях. В ходе работ по анализу свойств полиэтилена, природного газа, массива грунта в части их влияния на способы поиска труб выявлены их лимитирующие факторы. С их учетом произведено рассмотрение 14 физических методов индикации полиэтиленовых труб под слоем грунта. По результатам анализа методов установлено:
- развитие акустических методов, вызывающих колебания в потоке газа или в теле трубы, малоперспективно, поскольку они практически достигли физического предела своих возможностей (дальность не более 500 м от точки подключения в идеальных условиях; на практике - около 100 м, точность - около 30 см);
- прогресс в области классического георадарного оборудования также исчерпан ограничивающими факторами, также имеет место отсутствие принципиально новых решений по устранению имеющихся недостатков (обследование в обводненных и пористых неоднородных грунтах);
- использование зондов и робототехнических комплексов ограничено длиной питающего кабеля (около 80...100 м).
По результатам проведенной работы с учетом сравнительной оценки вариантов возможных методов определения местоположения подземных полиэтиленовых газопроводов
установлено, что перспективными методами на сегодняшний день являются:
- метод поиска 3D-георадаром с интеллектуальной обработкой данных;
- введение радиоактивного газа в трубу (с учетом обеспечения безопасности потребителей газа).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2.
3
4.
5
6
7.
8
9.
10
11
Глухова О.В., Фаттахов М.М. Эффективность применения трубопроводов из полиэтиленовых труб // Нефтегазовое дело. 2006. № 2. С. 18-26.
Саввина, А.В., Попов С.Н., Федоров Ю.Ю. Мониторинг опытно-промышленного подземного газопровода из армированных полиэтиленовых труб // Наука и образование. 2017. № 1. С. 63-66.
Арзамасцев С.В., Бирюков А.В., Кострикина Н.А. Способы обозначения полиэтиленового газопровода // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения, 2020. № 1. С. 30-35.
Красников М.А. Методика прогнозирования остаточного ресурса газопроводов из полиэтиленовых труб // Территория Нефтегаз. 2010. № 5. С. 26-29.
Бирюков А.В., Кострикина Н.А., Биркалова Е.И. Полиэтиленовые армированные трубы. Стандартизация требований на национальном уровне // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. 2020. № 1. С. 26-29.
Gustov, D.S., Lyubin, E.A. Investigating the possibility of using fiberglass reinforced polyethylene pipe for the transportation of natural gas. Indian Journal of Science and Technology, 2016, Volume 9, Issue 14, pp. 1-11. Глазунов В.В., Ефимова Н.Н. Георадиолокационные исследования верхней части геологического разреза и инженерных сооружений // Записки Горного института. 2009. Т. 231. Вып. 183. С. 231-234. Лаломов Д.А., Глазунов В.В. Оценка коэффициента фильтрации песчано-глинистых грунтов на основе совместной интерпретации данных методов сопротивления и георадиолокации // Записки Горного института. 2018. Т. 3. Вып. 229. С. 3-12.
Rahman S., Study Recommends Methods for Locating PVC Pipes. New Techniques for Precisely Locating Buried Infrastructure. Spring, 2003, Volume 26, №. 1 p. 5.
Jaganathan A.P., Allouche E., Simicevic N. Numerical modeling and experimental evaluation of a time domain UWB technique for soil void detection. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 25, Issue 6, 2010, Pages 652-659.
Santhakumar, Vijayaluxmy. Evaluation of the positional accuracy of subsurface utilities. Ryerson University. Thesis 2009. URL: https://doi.org/10.32920/ryerson.14649495.v1 (дата обращения 26.09.2021).
12. Cesar Quiroga P.E., James Anspach P.G., Paul Scott P.E. and Edgar Kraus P.E. Feasibility of Mapping and Marking Underground Utilities by State Transportation Departments, July 2018, Report No. FHWA-HRT-16-019. URL: https:// rosap.ntl.bts.gov/view/dot/37553 (дата обращения 26.09.2021).
13. Hung Seok Jeong, Carlos A. Arboleda, Dulcy M. Abraham, Daniel W. Halpin, Leonhard E. Bernold;Imaging and Locating Buried Utilities, October 2002, Report No. FHWA/IN/JTRP-2003/12.
URL:https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1585&context=jtrp (дата обращения 26.09.2021).
14. Asadollahi S., Dorée A.G., Scholtenhuis L.L., Vahdatikhaki F. Review of Detection and Monitoring Systems for Buried High Pressure Pipelines, 2017. Final Report, January 23, 2017. URL: https://ris.utwente.nl/ws/portalfiles/ portal/13483195/Final_Report_VELIN_I_M.pdf (дата обращения 26.09.2021).
15. Akram M.H., Bobby L. Green Investigate the Availability of Technology to Identify Buried Non-Metallic Pipelines. Texas Tech University, Department of Civil Engineering. October 2002 Report No. TX -01/0-4376-1. URL: https:// researchrepository.wvu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=4725&context=etd (дата обращения 26.09.2021).
16. Locating Underground Drainage Apparatus - In Search of Best Practice, Scottish Roads Research Board, March 2016. Report. URL: https://www.transport.gov.scot/media/39468/locating-underground-drainage-apparatus.pdf (дата обращения 26.09.2021).
Li J, Guo T, Leung H, Xu H, Liu L, Wang B, Liu Y. Locating Underground Pipe Using Wideband Chaotic Ground Penetrating Radar//Sensors, 2019; Volume Issue 13, pp. 1-12.
Kavi, J. Detection of Buried Non-Metallic (Plastic and FRP Composite) Pipes Using GPR and IRT". Graduate Theses, Dissertations, and Problem Reports. 3724. Retrieved November 20, 2018.
Li, J. Guo, T., Leung, H., Xu, H., Liu, L., Wang, B., Liu, Y. Locating Underground Pipe Using Wideband Chaotic Ground Penetrating Radar. Sensors 2019, Volume 19, pp.13-29.
Malcolm J. Brandt, K. Michael Johnson, Andrew J. Elphinston, Don D. Ratnayaka. Chapter 17 - Pipeline Design and Construction, Twort's Water Supply (Seventh Edition), Butterworth-Heinemann, 2017, pp. 693-742, Retrieved November 2017.
Huber, Brian and Ziolkowski, Christopher. Capacitive tomography for the location of plastic pipe. Office of Scientific and Technical Information. December 2003, 1.
Axelsson, G., Barry, B.J., Berne, P., Bj0rnstad, T, Cameron, R. Charlton, S., Maggio, G.E., Pang, Z, Thereska, J. and Vitart, X. Radiotracer Applications in Industry - A Guidebook, IAEA Technical Report Series No 423, IAEA Vienna, Sep. 2004.
Muggleton, J. M., Rustighi, E., and Gao, Y. Remote pipeline assessment and condition monitoring using low-frequency axisymmetric waves: a theoretical study of torsional wave motion. Journal of Physics: Conference Series, Volume 744 pp.223-225.
Muggleton,J. M., and Rustighi, E.A novel method for the remote condition assessment of buried pipelines using low-frequency axisymmetric waves. // Journal of Physics: Conference Series. 2016, Volume 744, pp 12-17. Sensit sensit Technologies Ultra-Trac APL. Sensit divisions. Retrieved November 20, 2021. Gas tracker 2. Buried Plastic Gas Pipe Location. MADE S.A., 2021, Retrieved November 20, 2021.
27. Uses Radio Waves to Uncover Underground Utilities & Substructures. AM Gradiometer(AMG). Retrieved November 20, 2021.
28. Трассоискатель для диагностики неметаллических и металлических трубопроводов «Успех ТПТ-522Н»: Руководство по эксплуатации, Паспорт. URL: https://www.technoac.ru (дата обращения 26.09.2021).
29. Leica Geosystems AG., (2021) Operating Instructions. Retrieved November 20, 2021.
30. Route detector for diagnostics of non-metallic and metal pipelines «Success TPT-522N», 2021 Operation Manual. Retrieved November 20, 2021.
17
19
20.
21
22
23.
24.
25.
26.
31. Hermann Sewerin GmbH., (2021) Devices for gas leak detection, Operating Instructions. Retrieved November 20, 2021.
32. Radiodetection Ltd., (2021) Radiodetection, Flexrods, and FlexiTrace Information Sheet. Retrieved November 20, 2021.
33. Hexagon AB., 2021 IDSGeoRadar: The leader in multi-frequency and multi-channel. Ground Penetrating Radar. Retrieved November 20, 2021.
34. Sensit Technologies Ultra-Trac APL. Sensit divisions. Retrieved November 20, 2021.
35. El-Zahab, S., Zayed, T. Leak detection in water distribution networks: an introductory overview. Smart Water 4, 5 (2019).
36. Honeybee Robotics pipe inspection robot., (2021) Retrieved November 20, 2021.
37. Rogers, C. (2012) Mapping the Underworld. University of Birmingham. Retrieved November 20, 2021.
Georgiev, S., Mitev, K., Dutsov, C., Boshkova, T., Dimitrova, I. (2019).Partition Coefficients and Diffusion Lengths of 222Rn
in Some Polymers at Different Temperatures // Int J Environ Res Public Health. № 15, Volume 16, pp. 23-28.
REFERENCES
1. Glukhova O.V., Fattakhov M.M. The effectiveness of the use of pipelines made of polyethylene pipes. Neftegazovoye delo, 2006, no. 2, pp. 18-26 (In Russian).
2. Savvina, A. V., Popov S.N., Fedorov YU. YU. Monitoring of an experimental industrial underground gas pipeline from reinforced polyethylene pipes. Nauka i obrazovaniye, 2017, no. 1, pp. 63-66 (In Russian).
3. Arzamastsev S.V., Biryukov A.V., Kostrikina N.A. Methods for designating a polyethylene gas pipeline. Nauchno-tekhnicheskiye problemy sovershenstvovaniya i razvitiya sistem gazoenergosnabzheniya, 2020, no. 1, pp. 30-35 (In Russian).
4. Krasnikov, M. A. Methodology for predicting the residual life of gas pipelines from polyethylene pipes. Territoriya Neftegaz, 2010, no. 5, pp. 26-29 (In Russian).
5. Biryukov, A.V., Kostrikina N.A., Birkalova YE.I. Polyethylene reinforced pipes. Standardization of requirements at the national level. Nauchno-tekhnicheskiye problemy sovershenstvovaniya i razvitiya sistem gazoenergosnabzheniya, 2020, no. 1, pp. 26-29 (In Russian).
6. Gustov D.S., Lyubin E.A. Investigating the possibility of using fiberglass reinforced polyethylene pipe for the transportation of natural gas. Indian Journal of Science and Technology, 2016, vol. 9, no. 14, pp. 1-11.
7. Glazunov V. V., Yefimova N. N. GPR studies of the upper part of the geological section and engineering structures. Zapiski Gornogo instituta, 2009, vol. 231, no. 183, pp. 231-234 (In Russian).
8. Lalomov D. A., Glazunov V. V. Estimation of the filtration coefficient of sandy-argillaceous soils based on the joint interpretation of data from resistance methods and GPR. Zapiski Gornogo instituta, 2018, vol. 3, no. 229, pp. 3-12 (In Russian).
9. Rahman S. Study recommends methods for locating PVC pipes. New techniques for precisely locating buried infrastructure. Spring, 2003, vol. 26, no. 1 p. 5.
10. Jaganathan A.P., Allouche E., Simicevic N. Numerical modeling and experimental evaluation of a time domain UWB technique for soil void detection. Tunnelling and Underground Space Technology, 2010, vol. 25, no. 6, pp. 652-659.
11. Santhakumar V. Evaluation of the positional accuracy of subsurface utilities. Thesis. 2009. Available at: https://doi. org/10.32920/ryerson.14649495.v1 (accessed: 20 September 2021).
12. Cesar Quiroga P.E., James Anspach P.G., Paul Scott P.E., Edgar Kraus P.E. Feasibility of mapping and marking underground utilities by State Transportation Departments. Available at: https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/37553 (accessed: 20 September 2021).
13. Hung Seok Jeong, Carlos A. Arboleda, Dulcy M. Abraham, Daniel W. Halpin, Leonhard E. Bernold. Imaging and locating buried utilities. Available at: https://docs.lib.purdue.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1585&context=jtrp (accessed: 20 September 2021).
14. Asadollahi S., Dorée A.G., Scholtenhuis L.L., Vahdatikhaki F. Review of detection and monitoring systems for buried high pressure pipelines. Available at: https://ris.utwente.nl/ws/portalfiles/portal/13483195/Final_Report_VELIN_I_M. pdf (accessed: 20 September 2021).
15. Akram M.H., Bobby L. Green investigate the availability of technology to identify buried non-metallic pipelines. Available at: https://researchrepository.wvu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=4725&context=etd (accessed: 20 September 2021).
16. Locating underground drainage apparatus - in search of best practice. Available at: https://www.transport.gov.scot/ media/39468/locating-underground-drainage-apparatus.pdf (accessed: 20 September 2021).
17. Li J., Guo T., Leung H., Xu H., Liu L., Wang B., Liu Y. Locating underground pipe using wideband chaotic ground penetrating radar. Sensors, 2019, no. 13, pp. 1-12.
18. Kavi J. Detection of buried non-metallic (plastic and FRP composite) pipes using GPR and IRT'.
19. Li J., Guo T., Leung H., Xu H., Li L., Wang B., Liu Y. Locating underground pipe using wideband chaotic ground penetrating radar. Sensors, 2019, vol. 19, pp. 13-29.
20. Malcolm J. Brandt, K. Michael Johnson, Andrew J. Elphinston, Don D. Ratnayaka. Chapter 17 - Pipeline Design and Construction, Twort's Water Supply (Seventh Edition). Butterworth-Heinemann, 2017, pp. 693-742.
21. Huber, Ziolkowski. Capacitive tomography for the location of plastic pipe. Office of Scientific and Technical Information.
22. Axelsson G., Barry B.J., Berne P., Bj0rnstad T., Cameron R., Charlton S., Maggio G.E., Pang Z, Thereska J., Vitart X. Radiotracer Applications in Industry. Vienna, 2004.
23. Muggleton J. M., Rustighi E., Gao Y. Remote pipeline assessment and condition monitoring using low-frequency axisymmetric waves: a theoretical study of torsional wave motion. Journal of Physics, vol. 744, pp. 223-225.
24. Muggleton J. M., Rustighi E.A. Novel method for the remote condition assessment of buried pipelines using low-frequency axisymmetric waves. Journal of Physics, 2016, vol. 744, pp. 12-17.
25. Sensit Technologies Ultra-Trac APL. Sensit divisions. 2021.
26. Gas tracker 2. Buried Plastic Gas Pipe Location. MADE S.A. 2021
27. Uses Radio Waves to Uncover Underground Utilities & Substructures. AM Gradiometer (AMG).
28. Trassoiskatel' dlya diagnostikinemetallicheskikh imetallicheskikh truboprovodov «Uspekh TPT-522N», Rukovodstvo po ekspluatatsii, Pasport [Locator for diagnostics of non-metallic and metallic pipelines «Success TPT-522N», Operation manual]. Available at: https://www.technoac.ru (accessed: 20 September 2021).
29. Leica Geosystems AG., (2021) Operating Instructions. 2021.
30. Route detector for diagnostics of non-metallic and metal pipelines «Success TPT-522N», 2021 Operation Manual. 2021
31. Hermann Sewerin GmbH., (2021) Devices for gas leak detection, Operating Instructions. 2021.
5-6
• 202 1
25
32. Radiodetection Ltd., (2021) Radiodetection, Flexrods, and FlexiTrace Information Sheet. 2021
33. Hexagon AB, 2021 IDSGeoRadar: The leader in multi-frequency and multi-channel. Ground Penetrating Radar. 2021.
34. Sensit Technologies Ultra-Trac APL. Sensit divisions. 2021.
35. El-Zahab S., Zayed T. Leak detection in water distribution networks: an introductory overview. Smart Water, 2019, vol. 4, no. 5.
36. Honeybee Robotics pipe inspection robot. 2021.
37. Rogers C. Mapping the Underworld. University of Birmingham. 2021.
38. Georgiev S., Mitev K., Dutsov C., Boshkova T., Dimitrova I. Partition coefficients and diffusion lengths of 222rn in some polymers at different temperatures. Int J Environ Res Public Health, 2019, vol. 16, no. 15, pp. 23-28.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Пшенин Владимир Викторович, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Санкт-Петербургский горный университет. Комаровский Максим Сергеевич, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Санкт-Петербургский горный университет. Подлесный Дмитрий Сергеевич, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Санкт-Петербургский горный университет. Розанова Любовь Романовна, аспирант кафедры транспорта и хранения нефти и газа, Санкт-Петербургский горный университет.
Vladimir V. Pshenin, Cand. Sci. (Tech.), Assoc. Prof. of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Saint Petersburg Mining University. Maxim S. Komarovskiy, Postgraduate Student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Saint Petersburg Mining University. Dmitriy S. Podlesniy, Postgraduate Student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Saint Petersburg Mining University. Lubov R. Rozanova, Postgraduate Student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas, Saint Petersburg Mining University.
