实现海底输油气管道内检测器实时跟踪与精确定位的方法研究

实现海底输油气管道内检测器实时跟踪与精确定位的方法研究

李森

天津滨海概念人力信息科技有限公司 天津 300450

摘要：对于地底和海底的油气管道的检测而言，管道内检测技术十分重要。然而由于海底输油气管道检测自然环境与条件都特别恶劣，当内检测器在管道中进行检测工作的时候，可能会遇到管道中的一些特殊情况，如内检测器可能卡堵在被检测管道当中等。这时就需要实时及时地确定内检测器在管道中的位置，以便采取相应措施。并且尽快准确地定位出内检测器卡堵的位置并将其取出，从而保持内检测器在管道中能够正常运行，否则危害严重。基于此，为了能够有效跟踪与确定内检测器在海底输油气管道中的位置，提出了采用精确定位与实时跟踪的办法，即通过压力波的变化来对内检测器 进行即时跟踪，同时结合超低频电磁波来对内检测器定位，就能够顺利定位到内检测器在海底管道中的位置。

关键词：海底输油气管道；内检测器；实时跟踪；精确定位

0前言

作为海底输油气管道故障诊断的主要方法，管道内检测技术对于确保海底管道稳定、安全运作有着相当重要的意义。可是在使用管道内检测技术的时候，必须要对内检测器的位置进行确定，特别是发生内检测器在管道内发生堵塞、或者卡阻的时候，必须要通过具有高度精准的方式来确定内检测器的具体位置以便有效地解决问题。

1 实时跟踪与精确定位的方法

1.1 实时跟踪的原理

通过负压波跟踪技术来对海底输油气管道内进行即时定位。

(1)首先，压力信号的产生。可以利用内检测器首尾中安装的压力波发生器，同步生成两个频率相同的压力波。

(2)其次，压力信号的收集。在海底输油气管道的进出口所安装的高精度压力传感器来进行数据信号采集，再结合GPS系统来对信号采集的时间进行同步。

(3)最后，将采集到的压力信号进行分析。把收集到附带时间标签的压力数据进行统计、分析，将压力波传到海底输油气管道首尾两端的时间经过计算后得到时间差。再按照负压波的时间差以及传播的速率和海底输油气管道的总长，来对内检测器的位置进行精确锁定。

将海底输油气管道内检测器即时跟踪的原理，通过严谨的分析之后可以得到以下数学模型：

其中的k是海底管道首尾的总长度，L则是内检测器到海底输油气管道末端的距离，t0是安装在内检测器两端压力波发生器产生压力波的时间，t1则是压力波发生器于t0的时候压力波传送至海底管道首端的时间，vy是压力波传送的速度。

在正常温度的海底管道内，压力波传播的速度为v，压力波传送到海底管道首尾两端的时间差为△t=t1-t2，那么将其代入到上文公式(1)与公式(2)中就能够得到：

而公式(3)就是管道内检测实时跟踪的原理公式。 也就是说只要知道了海底管道首尾两端的距离长度Lo，压力波传递的速度v，就能够按照公式(3)得出内检测器距 离管道末端的距离Lx,再通过乙就能够精准地确定内检测器在海底输油气管道中的位置。

1.2精确定位的原理

(1)通过两个压波发生装置所形成的压力波到达时间是无法对其位置进行确定，所以当内检测器被卡阻在海底管道当中的时候，就必须要采取其他有效的方式来进行定位。

(2)通过超低频电磁波来对管道内检测器进行定位。由于超低频电磁波的频率范围在35hz～355hz，其波长在108～109m，如果采用电偶极子来做为模型的话，那么其发射天线是必须要和波长的数量级相一致，而且其长度有几千千米，因此在实际的运用过程当中并不合适。而超低频电磁波的磁偶极子模型，能够顺利地将超低频电磁波的内在规律完整地表述出来，因此在实际运用过程中较为普及而且便于操作。

超低频电磁波发射装置中的发射天线半径r要比螺线管长度l小，再将螺线管的磁场等效为由磁偶极子所形成的磁场，那么磁偶极子就变成两个等量异号的点磁荷+qn与-qn所构成。如果将螺线管水平放置，z方向就是水平方向，而x方向则是和z方向垂直。磁场则是由+qn与-qn所形成的磁场矢量叠加而成。那么磁偶极子在场点D处的磁感应强度在x方向的绝对值为：

在该公式(4)当中I是线管内的电流，R是螺线管半径，l是螺线管长度，n是螺线管长度匝数，u0是空气磁导率，x、y是磁场矢量于x轴上的值与z轴上的值。按照公式(4)可以求出螺线管引起的磁感应强度B在x轴上的分量绝对值IBxI会伴随着z的变化而变化。

由于超低频电磁波在空间中的幅值和电磁场场点位置关系密切，因此超低频电磁波接收天线和发射天线的位置如果发生变动，那么采集天线集号的强度也会随之变化。因此可以通过超低频电磁波的分布规律，来对卡堵于管道中的内检测器进行精准定位。

2即时跟踪与精确定位结构设计

内检测器实时跟踪与精确定位主要分成定位设备、管道外实时跟踪设备以及管道外定位模块组成。而海底输油气管道中的内检测器的跟踪与定位系统则是由压力波发生器、压力传感装置、GPS自动校时器、内检测器监控平台、电磁波探测器等部分组成的上位机。值得注意的是，压力波发生器、压力传感设备、数据控制设备、GPS自动校时器与内检测器位置监控平台是负责海底管道内检测器信号的即时追踪；而超低频电磁波发射器和电磁波探测器则是用来进行定位分析的上位机。实时跟踪和精确定位系统的接连顺序为：压力波发生器——超低频电磁波发射装置——内检测器——压力波发生装置。

3结束语

综上所述，扫照压力波与电磁波的性质，给出了负压波与超低频电磁波的海底管道内检测器即时跟踪和精准定位的方法，有效地解决了海底输油气管道内检测器实时跟踪的难题，因此值得大力推广。

参考文献：

[1]高丁．管道内检测器实时跟踪定位系统设计与实现[J]．中国石油大学学报（自然科学版），2016(12)：124-137．

[2]陈秋华，吴昊，房精哲．海底管道内检测验证评价技术研究[J]．．中国石油和化工标准与质量，2015，16(03)：155-168．