[發明專利]一種凍土區埋地油氣管道多場耦合監測預警系統

在審

• 申請號: 202010613181.0
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111623733A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 席莎;田得雨;張自強;沈偉;馬宇;黃建忠;趙中鋒;魏子坤
• 申請（專利權）人: 北京科力華安地質災害監測技術有限公司
• 主分類號: G01B17/04
• 分類號: G01B17/04;G01B11/16;G01K7/16;G01K11/32;G01K1/14;G01K3/14
• 代理公司: 北京智行陽光知識產權代理事務所(普通合伙) 11738
• 代理人: 黃錦陽

本發明公開了一種凍土區埋地油氣管道多場耦合監測預警系統，包括置于現場的多場耦合監測子系統與置于服務器端的監測預警子系統。多場耦合監測子系統，包括管道應變監測裝置與管周土壤溫度監測裝置。管道應變監測裝置包括應變傳感器、應變傳感器保護罩、監測截面保護、引出線纜、線纜保護管。應變傳感器需安裝在管道鋼體表面，應變傳感器外使用應變傳感器保護罩保護，保護罩外使用粘彈體膏完全覆蓋，起到防水、防潮作用，延長傳感器使用壽命。本發明提供的監測預警系統安全可靠，能夠保證監測裝置長期、穩定運行，提供持續、有效的監測數據，并基于監測數據及時發布預警信息，防范凍脹、融沉影響下管道事故發生。

技術領域

本發明涉及油氣管道與凍土監測技術領域，具體為一種凍土區埋地油氣管道多場耦合監測預警系統。

背景技術

凍土是指溫度低于0℃并含有冰的土層或巖層，在我國凍土主要分布于東北高緯度地區和西北高海拔地區。以東北大興安嶺地區為例，其冬季最低溫度平均在-25℃以下，極端低溫甚至低于-50℃，為凍土的賦存提供了良好的條件。油氣管道途經凍土區域時，受管道施工及運營影響，管道沿線地表覆蓋條件遭到破壞，特別是正溫輸送石油的管道作為熱源影響著管道沿線凍土的水熱狀態，改變了凍土的物理力學特性，導致凍土環境不斷發生變化，季節性凍土南界北移，多年凍土退化已成為管道沿線的突出問題。在此過程中，因凍土差異性凍脹影響，管道出現了不同程度的隆起變形，局地管道甚至被凍脹丘抬舉出地面呈翹曲狀；因不均勻融沉影響，管基土嚴重下沉并出現多處露管和懸管。受此影響，管道在外荷載作用下將產生軸向附加應力和彎曲應力，極易造成管道應力集中，當受力超過材料的極限強度時管道將失效破壞。

現有技術中，已有學者圍繞凍土溫度監測、管道變形監測開展了一些工作，但現有監測多以單一因素監測為主，如開展凍土溫度監測(專利申請號：201922373591.8、專利申請號：201710755510.3、專利申請號：201210135934.7)、管道變形監測(專利申請號：201120429619.6、專利申請號：201110456598.1)，僅有的考慮管道本體與管周溫度的綜合監測案例(專利申請號：201210137964.1)只能監測緊鄰管道位置的土壤溫度、含水量，監測范圍有限，且只能監測管道水平和豎直方向的位移變化，無法反映管道的軸向變形。在實際應用中還發現，受管道熱輻射影響管道周圍凍土退化日益明顯，受影響的凍土范圍及深度不斷增大，僅關注管道表面與臨近管道的凍土溫度變化并不能反映管道與凍土的相互作用，已不能滿足實際監測需要。另外受凍土凍拔作用影響，鉆孔保護管易被拔出地面，導致露出地表的部分溫度傳感鏈不再能夠監測凍土溫度，而地表以下溫度傳感器錯位，監測數據不再是同一層土壤溫度值。與此同時，隨著運行年限增長，監測裝置受凍土反復凍脹融沉影響出現不同程度損壞，卻難以實現原位修復，重新安裝不僅加大了監測成本，還導致新監測位置與原位置存在差異，監測數據不具有直接可比性。更重要的是，管道軸向應力是評價管道安全與否的最直接指標。現有通過測量管道局部位移，基于理論模型計算管道力學狀態的方法雖然在一定程度上能夠反映管道的受力特征，但該方法基于的假設條件與實際情況未必相符，且測量的位移存在誤差，因此計算結果不能真實反映管道的受力狀態，無法直接用于評價管道安全與否。

發明內容

為了解決現有監測技術中監測因素單一，不能有效反應管土相互作用，監測裝置易受損且難于原位修復，監測指標不能直接用于評價管道安全與否的現狀，本發明提供了一種可長期用于野外環境下監測管道本體應變與管道周圍凍土溫度的耦合監測預警系統，通過長期監測管道本體微觀形變(應變)及管周更大范圍土壤溫度，關注凍土與管道的相互作用，準確掌握凍土凍脹融沉作用對管道力學性能的影響，以及管道正溫輸送時管周土壤的溫度分布特征，并建立管道本質安全監測預警系統，實現監測數據自動采集、遠程傳輸、自動分析與預報預警。

為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種凍土區埋地油氣管道多場耦合監測預警系統，其特征在于，包括置于監測現場的多場耦合監測子系統與置于服務器端的監測預警子系統；