一種凍土區油氣管道周圍含水量監測系統技術方案

本發明專利技術是一種基于光纖光柵傳感技術的凍土區油氣管道周圍含水量監測系統。在凍土區的油氣管道(2)周圍安裝光纖光柵含水量傳感器組，所有光纖光柵傳感器串聯熔接，由光纜(12)引到監測站里，光纜(12)與光開關(13)連接，光開關(13)與光纖光柵解調儀(14)連接，光纖光柵解調儀(14)與下位機(15)連接，下位機(15)預處理后的數據通過衛星通信模塊(16)傳輸至低軌道衛星(17)，低軌道衛星(17)將數據轉發至衛星通信模塊(18)，衛星通信模塊(18)將接收到的數據傳輸到上位機(19)進行分析和處理。本發明專利技術精度高、穩定性高、低成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是一種基于光纖光柵傳感技術的凍土區油氣管道周圍含水量監測系統，涉及長度的測量、溫度的測量、其它類不包括測量、一般的控制系統和管道系統

技術介紹
凍土是一種特殊的土類，溫度為負溫或零溫，并且含有冰的土，稱為凍土。按土的凍結狀態保持時間的長短，凍土一般又可分為短時凍土(數小時至半月)、季節凍土(半月至數月)以及多年凍土(兩年以上)。我國凍土非常發育，多年凍土面積約為211萬平方公里，占我國國土總面積的23％，在世界上占第三位，主要分布在青藏高原、西部高山和東北大、小興安嶺；季節性凍土面積約為514萬平方公里，約占國土總面積的53.5％。其中，中深度季節凍土(＞1m)約占國土面積的1/3，主要分布于東北三省、內蒙古、甘肅、寧夏、新疆北部、青海和川西等地。發達國家輸油管道建設已有100多年歷史，很多凍土地區蘊藏有巨大的油氣資源，相應地油氣管道工程設計和施工成為這些地區石油工業最新的挑戰。從20世紀60年代開始，大口徑管道開始主導北美北部和西伯利亞多年凍土地區油氣田輸運市場。二戰期間，克努兒(Canol)管道從加拿大羅曼井輸運原油到美國的阿拉斯加州費爾班克斯市(Fairbanks)；1956年管徑為203mm的油管從阿拉斯加州海因斯市(Haines)到費班克斯市修筑成功；20世紀70年代早期，前蘇聯多年凍土區已有輸油管道；1977年，長1280km、直徑為1220mm的輸油管道將美國阿拉斯加r>州北坡低溫多年凍土區的原油源源不斷地輸運到阿拉斯加南部的天然不凍港瓦爾迪斯(Valdez)，然后油輪將原油輸運到加州。20世紀80年代中期，從加拿大羅曼井到加拿大阿爾波特(Alberta)省北部咱馬(Zama)湖、長869km、口徑30.5cm的環境溫度管道按時完成鋪設，羅曼井管道是加拿大多年凍土區第一條完全埋設的輸油管道。這些管道在運營期間，均受到凍土區凍脹融沉災害的威脅甚至破壞。其中，克努兒(Canol)管道在開始運行后前9個月，管道沿線約有700x104L原油泄漏。Mackenzie河岸上一個12700m3的儲油庫破裂，大部分儲油流入河流中。1945年日本投降后，該管道很快就被拆除；羅曼井管道沿線途經不連續多年凍土，施工和運行中遇有凍脹和融沉問題，通過長達17年的監測，發現管道沿線多年凍土持續融化和沉降導致融化深度達3-5m(湖相沉積)或5-7m(粗顆粒礦質土)，以及顯著的地面沉降。我國在多年凍土地區修建的第一條長輸油氣管道，即格爾木-拉薩輸油管道(簡稱格拉線)，格拉線于1972年由中國人民解放軍施工，1977年基本建成，長達1076km，管徑159mm，管壁厚6mm，投資2.3x108元。格拉線工程修建和維護十分困難，全線穿越河流108條，穿越公路123處，900多公里管線在海拔4000m以上(最高處海拔5200m)，560km位于多年凍土區，凍結期長達8個月。格拉線自1977年運行以來，凍脹、融沉問題已經造成多次“露管”現象。中俄原油管道北起漠河首站中俄黑龍江邊界線，南至大慶末站，全長960多公里，途經兩省五市十二個縣區，穿越440公里原始森林，11條大中型河流，5個自然保護區。管道沿線地勢北高南低，北部地形起伏較大，沿線為大興安嶺低山、丘陵及河谷地貌，南部為松嫩平原，地形平坦開闊；漠河-加格達奇段約460km為山區、林區、多年凍土區，多年凍土總長度約314km，其中少冰、多冰多年凍土209km，飽冰、富冰多年凍土62km，凍土沼澤43km。管道面臨著嚴重的凍脹融沉災害威脅。針對管道面臨的凍脹融沉問題，國內外運營單位采取了積極的應對措施。羅曼井管道1985年投產后，管道日常監測計劃作為項目運行的重要組成部分一直在實施，除每周一次的飛機空中巡線外，還在管道沿線安裝了大量的檢測儀表以記錄運行數據，并在每年9月，即管道沉降最大時進行一次現場勘測以完成管道沿線的實地調查、儀器數據的記錄和滑坡地段的現場評估等工作。1989年后，羅曼井管道采用管道內檢測器進行每年一次的內檢測，以評估不穩定土體運動和差異性融沉對管道的影響程度，隨著檢測數據的不斷積累和擴充，為管道技術性能的評估提供了良好的基礎。Norman?wells管道是第一條埋設于加拿大北部多年凍土區的油氣管道，由加拿Enbridge公司負責管理和運營，在各種條令法規的要求下，已建立了一個計劃周密、操作性強的監測系統，其中包括凍土融沉監測、管道內檢測、翹曲上拱檢測、折皺檢測、邊坡檢測、木屑層狀況檢測和溫度監測等七個方面的內容。格拉管道也通過定期巡線、安裝壓力、溫度傳感器等監測凍土的變化。雖然國內外管道運營單位采取了積極的措施應對凍土區的凍脹融沉災害，但是由于凍脹融沉災害的形成機理非常復雜，而且不同地區的凍土特性各不相同，目前國內外并未見有成熟的監測技術，可以監測凍脹融沉災害對管道的影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是專利技術一種高精度、高穩定性、低成本的基于光纖光柵傳感技術的凍土區油氣管道周圍含水量監測系統。本專利技術提出了一種基于光纖光柵傳感技術的凍土區油氣管道周圍含水量的監測系統。系統采用光纖光柵傳感技術，對凍土及其影響下的油氣管道周圍含水量進行監測，并構建了監測系統，實現了數據的實時自動采集、遠程傳輸和自動分析。本專利技術提出的基于光纖光柵傳感技術的凍土區油氣管道周圍含水量監測系統，采用光纖光柵含水量傳感器實時在線監測。本凍土區油氣管道周圍含水量監測系統如圖1所示，該系統分為現場數據采集傳輸子系統和數據分析顯示子系統，具體包括光纖光柵含水量傳感器組、現場監測站、遠程監控中心。凍土區油氣管道周圍含水量監測系統的總體構成如圖1所示。在凍土區1的油氣管道2周圍安裝多個光纖光柵含水量傳感器a6、光纖光柵含水量傳感器b7、光纖光柵含水量傳感器c8、光纖光柵含水量傳感器d9組成的含水量傳感器組，所有傳感器串聯熔接，然后通過光纜12引到監測站里，光纜12與光開關13連接，光開關13與光纖光柵解調儀14連接，光纖光柵解調儀14與下位機15連接，下位機15預處理后的數據通過衛星通信模塊16傳輸至低軌道衛星17，低軌道衛星17接收到數據后將數據轉發至衛星通信模塊18，衛星通信模塊18將接收到的數據傳輸到上位機19進行分析和處理，從而實現對凍土區油氣管道的安全監測。多個光纖光柵含水量傳感器a6、光纖光柵含水量傳感器b7、光纖光柵含水量傳感器c8、光纖光柵含水量傳感器d9分別將管道周圍的水分信號經光纜12傳到光開關13，經光纖光柵本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種凍土區油氣管道周圍含水量監測系統，其特征是該系統分為現場數據采集傳輸子系統和數據分析顯示子系統，具體包括光纖光柵含水量傳感器組、現場監測站、遠程監控中心；凍土區油氣管道周圍含水量監測系統的總體構成為：在油氣管道(2)周圍安裝多個光纖光柵含水量傳感器a(6)、光纖光柵含水量傳感器b(7)、光纖光柵含水量傳感器c(8)、光纖光柵含水量傳感器d(9)組成的含水量傳感器組，所有傳感器串聯熔接，然后通過光纜(12)引到監測站里，光纜(12)與光開關(13)連接，光開關(13)與光纖光柵解調儀(14)連接，光纖光柵解調儀(14)與下位機(15)連接，下位機(15)預處理后的數據通過衛星通信模塊(16)傳輸至低軌道衛星(17)，低軌道衛星(17)接收到數據后將數據轉發至衛星通信模塊(18)，衛星通信模塊(18)將接收到的數據傳輸到上位機(19)進行分析和處理，從而實現對凍土區油氣管道的安全監測；多個光纖光柵含水量傳感器a(6)、光纖光柵含水量傳感器b(7)、光纖光柵含水量傳感器c(8)、光纖光柵含水量傳感器d(9)分別將管道周圍的水分信號經光纜(12)傳到光開關(13)，經光纖光柵解調儀(14)解調傳至下位機(15)，下位機(15)調用自編的程序，控制光開關(13)和光纖光柵解調儀(14)，實現數據的采集并對數據進行預處理；預處理后的數據通過衛星通信模塊(16)傳輸至低軌道衛星(17)，低軌道衛星(17)接收到數據后將數據轉發至衛星通信模塊(18)，衛星通信模塊(18)將接收到的數據傳輸到上位機(19)進行分析和處理，判斷凍土區管道的安全狀態。...

【技術特征摘要】
1.一種凍土區油氣管道周圍含水量監測系統，其特征是該系統分為現場
數據采集傳輸子系統和數據分析顯示子系統，具體包括光纖光柵含水量傳感
器組、現場監測站、遠程監控中心；
凍土區油氣管道周圍含水量監測系統的總體構成為：在油氣管道(2)周圍安
裝多個光纖光柵含水量傳感器a(6)、光纖光柵含水量傳感器b(7)、光纖光柵含水
量傳感器c(8)、光纖光柵含水量傳感器d(9)組成的含水量傳感器組，所有傳感器
串聯熔接，然后通過光纜(12)引到監測站里，光纜(12)與光開關(13)連接，光開
關(13)與光纖光柵解調儀(14)連接，光纖光柵解調儀(14)與下位機(15)連接，下
位機(15)預處理后的數據通過衛星通信模塊(16)傳輸至低軌道衛星(17)，低軌道
衛星(17)接收到數據后將數據轉發至衛星通信模塊(18)，衛星通信模塊(18)將接
收到的數據傳輸到上位機(19)進行分析和處理，從而實現對凍土區油氣管道的安
全監測；
多個光纖光柵含水量傳感器a(6)、光纖光柵含水量傳感器b(7)、光纖光柵
含水量傳感器c(8)、光纖光柵含水量傳感器d(9)分別將管道周圍的水分信號經光
纜(12)傳到光開關(13)，經光纖光柵解調儀(14)解調傳至下位機(15)，下位機(15)
調用自編的程序，控制光開關(13)和光纖光柵解調儀(14)，實現數據的采集并對
數據進行預處理；預處理后的數據通過衛星通信模塊(16)傳輸至低軌道衛星(17)，
低軌道衛星(17)接收到數據后將數據轉發至衛星通信模塊(18)，衛星通信模塊(18)
將接收到的數據傳輸到上位機(19)進行分析和處理，判斷凍土區管道的安全狀態。
2.根據權利要求1所述的一種凍土區油氣管道周圍含水量監測系統，其特
征是其原理框圖為：它分為現場數據采集傳輸子系統和數據分析顯示子系統；現場
數據采集傳輸子系統的組成是：光纖光柵含水量傳感器的輸出接光開關的輸入，
光開關的輸出接光纖光柵解調儀的輸入，光纖光柵解調儀輸出接下位機的輸入，
下位機輸出接衛星通信模塊；現場數據采集傳輸子系統通過低軌道衛星與數據分
析顯示子系統連系；數據分析顯示子系統的組成是：衛星通信模塊輸出接上位機的
輸入，上位機輸出有凍土區水分場動態顯示。
3.根據權利要求1或2所述的一種凍土區油...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬云賓，周琰，吳張中，荊宏遠，韓冰，王禹欽，余海沖，譚哲，張合印，
申請(專利權)人：中國石油天然氣股份有限公司，
類型：發明
國別省市：