Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к способам наблюдения за состоянием трубопроводов большой протяженности, а именно для определения пространственного положения нефтегазопродуктопроводов путем пропуска внутри обследуемого трубопровода навигационного снаряда, записи навигационных и других данных в процессе пропуска и определения после выполнения пропуска по накопленным данным параметров пространственного положения трубопровода.

Известен способ навигационного обследования каналов (Европейская заявка ЕР 0294811, МПК: G 01 C 21/16, дата публикации 14.12.88, патент-аналог СА 1325476) путем пропуска внутри обследуемого канала навигационного снаряда с установленными на нем акселерометрами, датчиками угловых скоростей, датчиками пройденной дистанции, путем выполнения измерений проекций ускорений, угловых скоростей, пройденной дистанции и анализа полученных данных вне обследуемого канала.

Применение указанного способа для обследования трубопроводов ограничено из-за необходимости связи снаряда с оборудованием вне обследуемого трубопровода и невозможно для обследования магистральных трубопроводов.

Известен способ навигационного обследования трубопроводов (заявка Великобритании GB 2088554, МПК: G 01 C 7/06, дата публикации 09.07.82) путем пропуска внутри обследуемого трубопровода навигационного снаряда с установленными на нем соответствующими измерительными средствами в виде компасов, трехосного акселерометра, пары одометров и пары колес для измерения скорости снаряда в трубопроводе. В процессе пропуска измеряют угловое положение секции снаряда относительно направления на север, линейные ускорения секции снаряда, длину пройденного пути, линейную скорость.

Принимают сигналы с каждого одометра из пары одометров и каждого колеса пары колес для измерения скорости. Показания пары одометров усредняют, показания пары колес для измерения скорости также усредняют. Усредненные показания обрабатывают и записывают в пленочный накопитель данных.

Усреднение показаний одометров и колесных измерителей скорости приводит к ошибке измерений в случае остановки (проскальзывания) колеса хотя бы одного из одометров или измерителя скорости при прохождении сильно парафинизированного участка трубы.

Использование компасов для определения направления на север имеет практическое значение только в неферромагнитных трубах. Кроме того, даже в неферромагнитных трубах показания компасов искажаются наличием вблизи места прокладки трубопровода магнитных пород.

Отсутствие цифровой обработки данных не позволяет записывать достаточный объем данных для обследования магистральных трубопроводов.

Известен способ навигационного обследования трубопроводов (патент США US 3882606, МПК: G 01 B 7/28, дата публикации 13.05.75, патентные документы-аналоги: СА 1006692, GB 1435650, NL 7406497) путем пропуска внутри обследуемого трубопровода навигационного снаряда с установленными на нем соответствующими измерительными средствами в виде множества одометров, установленных на корпусе диагностического снаряда в виде нескольких поясов. Показания одометров записывают в накопитель. После выполнения пропуска по накопленным данным определяют пространственное положение трубопровода.

В процессе измерений оцифрованные данные от каждого одометра записывают в соответствующий регистр. Из регистров данные записывают в пленочный накопитель цифровых данных.

При прохождении снарядом дефектов геометрии внутреннего сечения трубопровода, например загнутых фрагментов подкладных колец и фрагментов вваренных в сварной шов сварных электродов, приводит к неадекватным показаниям одометров. Инерциальная система навигации позволяет избегать таких недостатков.

Известен способ навигационного обследования трубопроводов (патент США US 4717875, МПК: Е 21 В 47/02, дата публикации 05.01.88) путем пропуска внутри обследуемого трубопровода навигационного снаряда с установленными на нем соответствующими измерительными средствами в виде акселерометров и датчика углового положения, получения и фильтрации аналоговых сигналов с указанных датчиков, оцифровки сигналов. Полученные оцифрованные данные непосредственно записывают в накопитель цифровых данных.

Известен также способ навигационного обследования трубопроводов (Европейский патент ЕР 0336828, МПК: F 17 D 5/00, дата публикации 11.10.89, заявка Франции на патент-аналог FR 2629898) путем пропуска внутри обследуемого трубопровода навигационного снаряда с установленными на нем соответствующими измерительными средствами в виде трех акселерометров, двух гироскопических датчиков угловых скоростей, двух одометров, путем выполнения измерений проекций ускорений, угловых скоростей, пройденной дистанции, оцифровки и записи полученных данных в накопитель.

Известен способ навигационного обследования трубопроводов (заявка Великобритании GB 2130721, МПК: G 01 C 21/16, дата публикации 06.06.84, патентные документы-аналоги: СА 1199169, DE 3342145, FR 2536533) путем пропуска внутри обследуемого трубопровода навигационного снаряда с установленными на нем соответствующими навигационными измерительными средствами в виде трех гироскопических лазерных датчиков угловых скоростей Litton Systems Inc. , путем выполнения измерений проекций угловых скоростей и записи полученных данных в накопитель.

Известен способ навигационного обследования трубопроводов ("Контроль. Диагностика. ", 5, 2000 г., стр. 8-11) путем пропуска внутри обследуемого трубопровода навигационного снаряда с установленными на нем соответствующими измерительными средствами в виде трехкомпонентного измерителя кажущихся ускорений, трехкомпонентным измерителем угловых скоростей и одометром, путем выполнения измерений проекций ускорений, угловых скоростей, пройденной дистанции и записи полученных данных в накопитель.

Известен также способ навигационного обследования трубопроводов (заявка Великобритании GB 2226633, МПК: G 01 C 21/16, дата публикации 04.07.1990, патентные документы-аналоги: US 4945775, СА 1327403, JP 2226009), выбранный за прототип для обоих вариантов заявленного способа навигационного обследования трубопроводов. Способ по прототипу, как и заявленный способ, реализуют путем пропуска внутри трубопровода снаряда с установленными на нем датчиками для навигационных измерений, обработки и хранения данных измерений, путем выполнения навигационных измерений с помощью указанных датчиков в процессе пропуска, оцифровывания данных измерений и записи в накопитель цифровых данных, определения после выполнения пропуска по накопленным данным параметров пространственного положения трубопровода.

Способ по прототипу характеризуется тем, что навигационные измерения выполняют с помощью трехосного акселерометра, трехосного гироскопа и одометров. Сигналы от датчиков оцифровывают. Полученные цифровые данные через процессор или контроллер накопителя записывают в цифровой видеонакопитель. Накопитель имеет буфер объемом 256 кбайт, SCSI-интерфейс связи и емкость более 2 Гбайт.

Выполнение измерений с точностью, достаточной для обнаружения и выполнения расчетов на прочность напряженно-деформированных состояний трубопроводов, требует использования накопителей большой емкости.

Использование накопителей большой емкости на основе магнитной ленты, магнитных, оптических и магнитооптических дисков обусловливает проблемы, связанные с чувствительностью накопителей с движущимися частями к вибрациям и ударным нагрузкам, возникающим при внутритрубном обследовании трубопроводов, особенно при обследовании газопроводов с большим сроком службы, строительство которых велось без учета возможности проведения внутритрубной инспекции.

Использование твердотельных накопителей емкостью несколько Гбайт на твердотельной памяти (например, RAM-дисков) позволяет решить проблемы вибраций и ударных нагрузок, однако стоимость таких накопителей зачастую превышает стоимость всего остального электронного оборудования навигационного снаряда. Кроме того, использование RAM-дисков требует использования источника питания большой емкости.

Использование стандартных средств сжатия объема данных, записанных в файлы, независимо от физической природы данных сопровождается несколькими проходами данных. При небольшом количестве проходов сжатие не эффективно. Использование архивирующих алгоритмов типа zip, arj, rar и других подобных эффективных средств сжатия сопровождается большим количеством проходов сжимаемых данных, при этом количество проходов и, соответственно, время архивации зависят от типа и характера данных и не ограничено сверху. По этой причине время обработки данных может превышать зарезервированное и приводить к сбоям обработки последующих данных и, соответственно, к потере части данных.

Заявленный способ навигационного обследования трубопроводов в обоих вариантах выполняют путем пропуска внутри трубопровода снаряда с установленными на нем датчиками для навигационных измерений, обработки и хранения данных измерений, путем выполнения навигационных измерений с помощью указанных датчиков в процессе пропуска, оцифровывания данных измерений и записи в накопитель цифровых данных, определения после выполнения пропуска по накопленным данным параметров пространственного положения трубопровода.

В отличие от прототипа в первом варианте заявленного способа в процессе пропуска выполняют цифровое преобразование указанных данных измерений, в процессе указанного цифрового преобразования данных выделяют последовательности данных, соответствующих каждому из датчиков, для значений последовательности, исключая первое значение в последовательности при заранее определенном правиле нумерации значений последовательности, вычисляют приращение значения по сравнению с предыдущим значением в последовательности в соответствии с указанным правилом нумерации, формируют преобразованную последовательность, в которой указанное первое значение совпадает с исходным, другие значения преобразованной последовательности заменяют на соответствующие приращения значений.

В развитие первого варианта реализации изобретения в процессе измерений периодически формируют кадры данных, каждый из которых содержит оцифрованные данные от датчиков навигации и индивидуальный цифровой код указанного кадра, указанные кадры накапливают в виде блока данных в буфере оперативного запоминающего устройства, в процессе указанного ранее цифрового преобразования данных из буфера считывают указанные последовательности данных, соответствующих каждому из датчиков.

Указанную ранее замену значений преобразованной последовательности выполняют путем считывания первых n бит соответствующего вычисленного приращения и записи полученного n-битного приращения в указанную преобразованную последовательность.

Указанное значение n составляет не менее разрядности j максимального из указанных ранее вычисленных приращений и не превышает разрядность значений указанной ранее исходной последовательности. Указанное значение n не превышает значение j+2.

В дальнейшее развитие первого варианта заявленного способа в процессе указанного ранее цифрового преобразования данных для каждой указанной ранее исходной последовательности значений вычисляют среднее значение в последовательности, для значений исходной последовательности, исключая одно значение в последовательности, вычисляют приращение значения по сравнению с указанным средним значением.

В полученной последовательности приращений и в полученной последовательности приращений от среднего определяют максимальное приращение из указанных приращений и максимальное приращение от среднего из указанных приращений от среднего соответственно, определяют выполнение условия, состоящего в том, что указанное максимальное приращение меньше указанного максимального приращения от среднего, указанное ранее формирование преобразованной последовательности выполняют после получения положительного результата выполнения указанного условия.

В отличие от общего для двух вариантов прототипа во втором варианте заявленного способа в процессе пропуска выполняют цифровое преобразование указанных данных измерений, в процессе указанного цифрового преобразования данных выделяют последовательности данных, соответствующих каждому из датчиков, для каждой последовательности вычисляют среднее значение в последовательности, для значений последовательности, исключая одно значение в последовательности, вычисляют приращение значения по сравнению с указанным средним значением, формируют преобразованную последовательность, в которой значение в последовательности, соответствующее указанному исключенному значению, заменяют на указанное среднее значение в последовательности, другие значения преобразованной последовательности заменяют на соответствующие приращения от среднего.

В развитие второго варианта заявленного способа в процессе измерений периодически формируют кадры данных, каждый из которых содержит оцифрованные данные от датчиков навигации и индивидуальный цифровой код указанного кадра, указанные кадры накапливают в виде блока данных в буфере оперативного запоминающего устройства, в процессе указанного цифрового преобразования данных из буфера считывают указанные ранее последовательности данных, соответствующих каждому из датчиков.

Указанную ранее замену значений преобразованной последовательности на приращения от среднего выполняют путем считывания первых n бит соответствующего вычисленного приращения от среднего и записи полученного n-битного приращения от среднего в указанную преобразованную последовательность.

Указанное значение n составляет не менее разрядности j максимального из указанных ранее вычисленных приращений от среднего и не превышает разрядность значений указанной ранее исходной последовательности.

Предпочтительно, если указанное значение n не превышает значение j+2.

В дальнейшее развитие второго варианта заявленного способа в процессе указанного во втором варианте цифрового преобразования данных для значений каждой указанной исходной последовательности, исключая первое значение в исходной последовательности при заранее определенном правиле нумерации значений последовательности, вычисляют приращение значения по сравнению с предыдущим значением в последовательности в соответствии с указанным правилом нумерации.

В полученной ранее последовательности приращений от среднего и в полученной ранее последовательности приращений определяют максимальное приращение от среднего из указанных ранее приращений от среднего и максимальное приращение из указанных приращений соответственно, определяют выполнение условия, состоящего в том, что указанное максимальное приращение от среднего меньше указанного максимального приращения, указанное во втором варианте формирование преобразованной последовательности выполняют после получения положительного результата выполнения указанного условия.

Основной технический результат, общий для обоих заявленных вариантов, достигаемый в результате реализации заявленного изобретения, - повышение точности измерений смещения осей трубопроводов от их проектных положений и положений, определенных в результате предыдущих навигационных обследований, благодаря увеличению объема измеренных данных и в то же время уменьшению объема, занимаемого в накопителе записанными данными.

Механизм достижения указанного технического результата состоит в том, что используемый в заявленном способе обследования трубопроводов алгоритм измерений, обработки и сохранения данных измерений с помощью навигационных датчиков позволяет структурировать оцифрованные данные по мере их накопления в зависимости от характера получаемых данных, что позволяет измерять параметры навигации с достаточной частотой и, соответственно, достаточным разрешением по длине и пространственным координатам трубопровода, не увеличивая при этом емкость накопителя, поскольку объем преобразованных описанным способом данных значительно меньше исходного.

Описанный алгоритм позволяет записывать данные с исходной разрядностью при прохождении навигационным снарядом большого числа участков малого радиуса или гофрированных участков труб, что сопровождается вибрациями и ускорениями большой амплитуды за время накопления одного блока данных, и записывать данные с разрядностью, в несколько раз меньшей, при движении навигационного снаряда на ровных участках трубопроводов, что особенно эффективно при контроле магистральных трубопроводов.

Применение первого варианта заявленного способа наиболее эффективно при обследовании магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов большого диаметра (30''-56''), поскольку для таких трубопроводов характерно более равномерное движение снаряда, и всплески ускорений и угловых скоростей отображаются большим количеством записанных измеренных значений на каждый такой всплеск и, соответственно, небольшой разностью между соседними значениями.

Применение первого варианта заявленного способа особенно эффективно для обработки данных от датчиков угловых скоростей, поскольку всплески угловых скоростей отображаются достаточным количеством записанных измеренных значений при характерной средней частоте записи измеряемых значений 100-150 Гц.

Применение второго варианта заявленного способа наиболее эффективно при обследовании магистральных газопроводов, а также магистральных и промысловых нефтепроводов, нефтепродуктопроводов и технологических трубопроводов малого диаметра (10''-20''), поскольку для таких трубопроводов характерно движение снаряда с вибрациями большой частоты и амплитуды, и всплески ускорений и угловых скоростей отображаются небольшим количеством измеренных значений на каждый такой всплеск и, соответственно, с большой разностью между соседними значениями, при этом средние отклонения от среднего значения в последовательности в большей части блоков меньше средних разностей между соседними значениями.

Применение второго варианта реализации заявленного способа особенно эффективно для обработки данных от акселерометров, поскольку всплески ускорений отображаются небольшим количеством записанных измеренных значений при характерной средней частоте записи измеряемых значений 100-150 Гц.

Реализация обоих вариантов заявленного способа при навигационном обследовании трубопровода позволяет выполнять обследование любых типов трубопроводов без дополнительной перенастройки системы обработки данных.

Кроме того, это позволяет выполнять обследование трубопроводов, имеющих участки из труб разных типов, с разной степенью очистки, разной толщины стенки (соответственно, разного внутреннего диаметра при равном внешнем типовом диаметре), что приводит к изменению характера движения снаряда внутри трубопровода (ускорений и вибраций) в зависимости от проходимого участка трубопровода, применяя в процессе пропуска оба алгоритма обработки данных в зависимости от характера данных.

В развитие обоих вариантов реализации заявленного способа предпочтительна реализация заявленного способа, при котором указанные ранее датчики навигации включают в себя датчики линейных ускорений и/или датчики угловых скоростей, в процессе пропуска измеряют линейную скорость указанного ранее снаряда внутри трубопровода, частота опроса указанных датчиков составляет 100-3000 Гц.

Число кадров в указанном ранее блоке данных составляет не менее 100 и не более 10000, объем указанного в первом и втором вариантах буфера составляет от 8 Мбайт до 500 Мбайт.

При большем значении кадров в блоке (и большом объеме буфера) эффективность уменьшения объема данных снижается, поскольку эффект структурирования при этом уменьшается, и средние значения для 10000 кадров в блоке, соответствующие 100-300 м трубопровода, становятся неразличимы со средними значениями на общей протяженности обследуемого участка магистрального трубопровода 100-300 км. Кроме того, потеря блока данных из-за кратковременного сбоя аппаратуры приводит к потере недопустимых объемов данных. Использование меньшего числа кадров в блоке (и меньшего объема буфера) снижает эффективность преобразования данных при прохождении навигационным снарядом прямолинейных участков трубопроводов без дефектов геометрии в сечении трубопровода из-за необходимости записи, по крайней мере, в заголовке преобразованного блока данных значений исходной разрядности, и с уменьшением числа кадров в блоке количество блоков и, соответственно, число записей значений с исходной разрядностью на единицу длины пути увеличивается.

Предпочтительна реализация заявленного способа, при которой разрядность оцифрованных данных от указанных ранее датчиков навигации не менее 14, средняя частота записи соответствующих значений в указанный ранее накопитель составляет 70-300 Гц.

Опрос датчиков с частотой в указанном диапазоне позволяет выполнять измерения с достаточным разрешением по длине трубопровода и с применением одного канала АЦП достаточной разрядности (14-16), выпускаемые в настоящее время, для оцифровки данных от каждого датчика. Запись данных с частотой, большей верхней границы указанного диапазона (300 Гц), приводит к неоправданному увеличению объема накопителя цифровых данных, нижняя граница диапазона (70 Гц) определяется максимальной частотой изменения угловой скорости или ускорения (25-35 Гц), которая должна регистрироваться для адекватной интерпретации накопленных данных с учетом правила, что минимальная частота измерения записываемых данных должна быть, по крайней мере, в два раза выше максимальной измеряемой частоты изменения измеряемых значений.

В развитие заявленного способа во всех вариантах в процессе пропуска измеряют пройденную внутри трубопровода дистанцию с помощью одометра, каждый указанный ранее кадр включает в себя запись показаний счетчика одометрических импульсов от одометра, в начале указанного ранее цифрового преобразования данных вычисляют приращение одометра путем вычисления разности между последним и первым по времени записи в указанный ранее блок данных значением в одометрической последовательности, определяют выполнение условия, состоящего в том, что указанное приращение одометра больше заранее заданного значения, указанные в первом и втором вариантах заявленного способа преобразования данных выполняют после получения положительного результата выполнения указанного условия.

При невыполнении указанного условия в накопитель записывают только один кадр, сформированный из усредненных значений в последовательностях значений соответствующих датчиков.

Указанное заранее заданное значение составляет от 2 до 100.

Предпочтительна реализация заявленного способа, при которой указанное ранее заранее заданное значение находится в диапазоне от 15 до 50, деленное на радиус колеса одометра, выраженный в сантиметрах.

Указанный алгоритм проверки приращений одометрических данных позволяет исключить из алгоритма сжатия данных обработку не имеющих практического значения навигационных данных при недопустимом замедлении навигационного снаряда, записывая при этом контрольную информацию о прохождении участков с замедлением.

В дальнейшее развитие изобретения в процессе пропуска измеряют пройденную внутри трубопровода дистанцию с помощью двух одометров, каждый указанный ранее кадр включает в себя запись показаний счетчиков одометрических импульсов от каждого из одометров, в процессе указанного цифрового преобразования данных из буфера считывают последовательность показаний счетчика первого одометра и последовательность показаний счетчика второго одометра, в каждой последовательности вычисляют разность между последним и первым значением в последовательности, сравнивают полученные разности, определяют последовательность, значение разности в которой больше, как последовательность ведущего одометра, ставят в соответствие последовательности ведущего одометра номер одометра, которому соответствует последовательность ведущего одометра, выполняют цифровое преобразование последовательности ведущего одометра.

Указанный алгоритм определения пройденной внутри трубопровода дистанции позволяет полностью исключить ошибки, связанные с остановкой колеса одного из одометров, поскольку учитывается только наиболее быстрый одометр.

В дальнейшее развитие заявленного способа с периодом 0,3-3 с записывают текущие значения указанных ранее датчиков и информацию о записанных данных, информация о записанных данных включает в себя номера или наименования файлов записанных данных по навигации, номера или наименования блоков по навигации, признаки индикации ошибки регистрации при записи, при обращении к внешнему устройству, сбоя функционирования внешнего устройства, максимальные и минимальные значения показаний датчиков навигации.

Описанный алгоритм позволяет записывать навигационные данные, если обследуется трубопровод, внутренняя поверхность которого сильно парафинизирована, и измерения с помощью одометров, колеса которых проскальзывают, не отражают реальное перемещение навигационного снаряда. Значение указанного периода, большее 3 с, не позволит использовать навигационные данные для восстановления пространственного положения парафинизированного участка трубопровода методом интерполяции из-за недостаточного для этого метода разрешения по длине трубопровода, значение периода меньше 0,3 с сделает описанные выше алгоритмы преобразования данных неэффективными, поскольку в этом случае при действительном замедлении снаряда объем данных в результате безусловного периодического сканирования будет сравним или превысит объем данных, накапливаемых в результате реализации описанных выше алгоритмов преобразования данных.

В процессе пропуска регистрируют сигналы от источников маркерных сигналов, установленных вне трубопровода, с помощью датчиков маркерных сигналов, указанные сигналы оцифровывают, выполняют считывание первого бита каждого маркерного значения и запись полученных одноразрядных маркерных значений в указанный ранее накопитель цифровых данных.

В процессе указанного преобразования одометрической последовательности для каждого значения последовательности, кроме первого, вычисляют разность между каждым значением и предыдущим ему значением, в преобразуемой последовательности заменяют все значения, кроме первого, на соответствующие указанные разности значений, разрядность указанных разностей, по крайней мере, в четыре раза меньше разрядности значений в исходной последовательности, полученную последовательность записывают в указанный ранее накопитель.

Реализация заявленного алгоритма преобразования одометрических данных с контролем по записанным данным с исходной разрядностью показала, что указанный алгоритм позволяет уменьшать объем одометрических данных без каких-либо потерь, поскольку с учетом реальной максимальной скорости навигационного снаряда в трубопроводе максимальная разрядность приращений показаний одометров более чем в четыре раза меньше разрядности абсолютных значений, накапливаемых счетчиком одометрических импульсов.

Как для акселерометров, так и для датчиков угловой скорости всплески ускорений и угловых скоростей вследствие неравномерности движения навигационного снаряда внутри трубопровода соответствуют двум-шести измеренным и записанным значениям при характерной частоте записи значений 100-150 Гц, соответствующей разрешению по длине трубопровода 1-7 см.

На фиг. 1 изображена схема устройства для навигационного обследования трубопроводов;
на фиг. 2 изображена схема, иллюстрирующая применение первого варианта заявленного способа навигационного обследования трубопроводов;
на фиг. 3 изображена схема, иллюстрирующая применение второго варианта заявленного способа навигационного обследования трубопроводов;
на фиг. 4 изображена схема, иллюстрирующая комбинированное применение первого и второго вариантов заявленного способа навигационного обследования трубопроводов;
на фиг.5 изображена схема, иллюстрирующая применение заявленного способа навигационного обследования трубопроводов с алгоритмом контроля изменений показаний одометров;
на фиг. 6 изображены записанные значения показаний одного из акселерометров;
на фиг.7 изображены записанные значения показаний одного из датчиков угловой скорости.

В процессе исследований, направленных на поиск решений, позволяющих повысить достоверность идентификации разрывоопасных участков магистральных трубопроводов с напряженно-деформированным состоянием, была разработана серия внутритрубных навигационных снарядов для обследования пространственного положения трубопроводов номинальным диаметром от 10'' до 56''.

В результате исследований были найдены оптимальные способы выполнения навигационных измерений, обработки получаемых данных в процессе пропуска и их записи. В наилучшем исполнении разработанные навигационные снаряды выдерживают давление среды до 80 атм, имеют проходимость около 75% диаметра трубопровода, работают при температурах от -15^oС до +50^oС, минимальный проходимый радиус поворота около 1,5 диаметра трубопровода. В навигационных снарядах реализованы виды взрывозащиты "Взрывонепроницаемая оболочка", "Искробезопасная электрическая цепь" при среднем токе потребления аппаратуры снарядов не более 500 мА, "Специальный вид взрывозащиты".

Корпус навигационного снаряда включает в себя взрывонепроницаемые герметичные оболочки, в которых установлены электронные средства (фиг.1): акселерометры 1, датчики угловых скоростей 2, аналого-цифровые преобразователи 4, 5, 6, средства цифровой обработки 7 оцифрованных данных, буфер ОЗУ 8, накопитель цифровых данных 9 в виде одного или нескольких флэш-дисков типа PQI. Процессом измерений и цифровой обработкой данных управляет бортовой компьютер. АЦП 4, 5 выполнены в виде 16-разрядных АЦП RealTime Device, АЦП 6 - в виде формирователя последовательности прямоугольных сигналов из последовательности аналоговых сигналов. Бортовой компьютер выполнен на основе процессора типа MOPS фирмы JumpTec с интегрированной памятью прямого доступа RAM, в которой в процессе пропуска организуется буфер ОЗУ 8.

На корпусе снаряда установлены одометры 3 для измерения длины пройденного внутри трубопровода пути, низкочастотный электромагнитный маркерный приемопередатчик для уточнения положения профилемера внутри трубопровода и полиуретановые манжеты для центровки снаряда и его продвижения внутри трубопровода вместе с транспортируемым продуктом. В качестве источника питания используются устанавливаемые в оболочках аккумуляторные батареи или батареи гальванических элементов емкостью до 300 А•ч.

Устройство работает следующим образом.

Навигационный снаряд помещают в трубопровод и включают перекачку продукта (нефти, газа, нефтепродукта) по трубопроводу. При движении снаряда по трубопроводу с частотой, управляемой бортовым компьютером, снимаются показания акселерометров, датчиков угловых скоростей, одометров и других датчиков. Оцифрованные данные проходят цифровую обработку и записываются во флэш-диски. По завершении контроля заданного участка трубопровода навигационный снаряд извлекают из трубопровода и переносят накопленные в процессе диагностического пропуска данные на компьютер, предназначенный для обработки накопленных данных и их интерпретации.

Последующий анализ записанных данных позволяет восстановить пространственное положение обследованного трубопровода, идентифицировать участки с напряженно-деформированным состоянием и определить допустимые режимы перекачки транспортируемой среды по обследованному трубопроводу.

В первом варианте заявленный способ реализуется следующим образом (фиг. 2): в буфере ОЗУ 8 накапливают исходный блок данных 21, содержащий m кадров. Каждый k-й кадр содержит абсолютный номер кадра N_k (сплошная нумерация ведется с момента запуска снаряда до окончания пропуска) и L оцифрованных значений U_i,k навигационных датчиков: акселерометров и датчиков угловых скоростей (i - номер навигационного датчика). В данном случае U - значение напряжения на навигационном датчике. В процессе цифровой обработки данных 22 из буфера считывают последовательности шестнадцатиразрядных данных 23: U_i,1(16), U_i,2(16), . .., U_i,m(16). Последовательности считывают последовательно для всех L датчиков, начиная с первого. Для каждой последовательности 23 выполняют вычисление 24 (начиная со второго значения (k=2) в последовательности) приращения значения по сравнению с предыдущим значением: ΔU_i,k(16) = U_i,k(16)-U_i,k-1(16), k=2, 3,..., m.

Далее выполняют побитное копирование 25 каждого из значений указанной последовательности приращений: ΔU_i,k(16)_→ΔU_i,k(n), k= 2, 3,..., m, путем считывания первых n бит каждого из приращений и записи в виде значения новой последовательности с разрядностью n каждого значения.

Формируют новую последовательность значений 26, в которой первое значение (16-разрядное) совпадает с первым значением в исходной последовательности, а значения, начиная со второго, заменяются на соответствующие n-битные значения приращений: ΔU_i,1(16), ΔU_i,2(n), ΔU_i,3(n), ..., ΔU_i,m(n).
Полученную последовательность записывают в преобразованный блок данных 27.

Далее повторяют описанную последовательность действий 22 для второго, третьего и т.д. датчика навигации.

В результате выполнения указанных преобразований формируется преобразованный блок данных 27, в первый кадр которого записаны 16-разрядные значения U_1,1(16), U_2,1(16), U_3,1(16),..., U_L,1(16), совпадающие с соответствующими значениями исходного блока данных, а в остальные кадры записаны n-разрядные значения ΔU_i,k(n), ΔU_2,k(n), ΔU_3,k(n), ..., ΔU_L,k(n) (k=2, 3,..., m), соответствующие 16-разрядным значениям исходного блока данных.

Во втором варианте заявленный способ реализуется следующим образом (фиг. 3): в буфере ОЗУ 8 накапливают исходный блок данных 21, содержащий m кадров. Каждый кадр содержит абсолютный номер кадра N_k (сплошная нумерация ведется с момента запуска снаряда до окончания пропуска) и L оцифрованных значений навигационных датчиков (акселерометров и датчиков угловых скоростей). В процессе цифровой обработки 32 данных из буфера считывают последовательности шестнадцатиразрядных данных 33: U_i,1(16), U_i,2(16),..., U_i,m(16). Последовательности считывают последовательно для всех L датчиков, начиная с первого. Для каждой последовательности 33 выполняют вычисление 34 среднего значения в последовательности 33:

далее выполняют вычисление 35 (для всех значений последовательности, кроме p-го, где p - любой номер значения в последовательности, p=7) приращения каждого значения, кроме p-го, по сравнению с указанным средним значением U_срi:ΔU_ср.i,k(16) = U_i,k(16)-U_срi(16), k=1, 2, 3,..., p-1, p+1, p+2,. .., m.

Далее выполняют побитное копирование 36 каждого из значений указанной последовательности приращений ΔU_ср.i,k(16)_→ΔU_ср.i,k(n), k=1, 2, 3,..., p-1, p+1, p+2, ..., m, путем считывания первых n бит каждого из приращений и записи в виде значения новой последовательности с разрядностью n каждого значения.

Формируют новую последовательность значений 37, в которой первое значение заменяется на среднее (16-разрядное) значение в каждой исходной последовательности, а значения, начиная со второго, заменяются на соответствующие n-битные значения приращений:
Полученную последовательность записывают в преобразованный блок данных 38.

Далее повторяют описанную последовательность 32 действий для второго, третьего и т.д. датчика навигации.

В результате выполнения указанных преобразований формируется преобразованный блок данных 38, в p-й кадр которого записаны 16-разрядные значения: U_cp.1(16), U_cp.2(16), U_ср.3(16),..., U_cp.L(16), соответствующие средним значениям соответствующей последовательности исходного блока данных, а в остальные кадры записаны n-разрядные значения (k= 1, 2, 3,..., p-1, p+1, p+2,..., m), соответствующие 16-разрядным значениям исходного блока данных.

В наилучшем варианте исполнения заявленный способ реализуется следующим образом (фиг. 4): в буфере ОЗУ 8 накапливают исходный блок данных 21, содержащий m кадров. Каждый кадр содержит абсолютный номер кадра (сплошная нумерация ведется с момента запуска снаряда до окончания пропуска) и L оцифрованных значений навигационных датчиков (акселерометров и датчиков угловых скоростей). В процессе цифровой обработки 41 данных из буфера считывают последовательности шестнадцатиразрядных данных 42: U_i,1(16), U_i,2(16),..., U_i,m(16). Последовательности считывают последовательно для всех L датчиков, начиная с первого.

Для каждой последовательности 42 выполняют:
вычисление 43 (начиная со второго значения (k=2) в последовательности) приращения значения по сравнению с предыдущим значением: ΔU_i,k(16) = U_i,k(16)-U_i,k-1(16), k=2, 3,..., m.

Находят максимальное значение 44 из указанных приращений.

Для той же последовательности 42 выполняют:
вычисление 45 среднего значения в последовательности 42:

вычисление 46 (для всех значений последовательности, кроме p-го, где p - любой номер значения в последовательности, например p=7) приращения каждого значения, кроме p-го, по сравнению с указанным средним значением: U_срi:ΔU_ср.i,k(16) = U_i,k(16)-U_cpi(16), k=1, 2, 3,..., p-1, p+1, p+2,..., m.

Находят максимальное значение 47 из указанных приращений от среднего.

Выполняют проверку условия 48: максимальное значение из 44 меньше максимального значения из 47.

При выполнении условия 48 выполняют побитное копирование 49 каждого из значений указанной последовательности приращений ΔU_i,k(16)_→ΔU_i,k(n), k=2, 3, . . . , m, путем считывания первых n бит каждого из приращений и записи в виде значений новой последовательности с разрядностью n каждого значения.

Формируют новую последовательность значений 50, в которой первое значение (16-разрядное) совпадает с первым значением в исходной последовательности, а значения, начиная со второго, заменяются на соответствующие n-битные значения приращений: U_i,1(16), ΔU_i,2(n), ΔU_i,3(n), ..., ΔU_i,m(n).
Полученную последовательность записывают в преобразованный блок данных 53.

При невыполнении условия 48 (выполнении обратного условия) выполняют побитное копирование 51 каждого из значений указанной последовательности приращений ΔU_cp.i,k(16)_→ΔU_cp.i,k(n), k=1, 2, 3,..., p-1, p+1, p+2,..., m, путем считывания первых n бит каждого из приращений и записи в виде значения новой последовательности с разрядностью n каждого значения.

Формируют новую последовательность значений 52, в которой p-е значение (16-разрядное) заменяется на среднее значение в каждой исходной последовательности, а значения последовательности, кроме p-го, заменяются на соответствующие n-битные значения приращений:
Полученную последовательность записывают в преобразованный блок данных 53.

Далее повторяют описанную последовательность 41: действия 42-48 и (49-50 либо 51-52) для второго, третьего и т.д. датчика навигации.

В результате выполнения указанных преобразований формируется преобразованный блок данных 53, в первый кадр которого записаны 16-разрядные значения: U_1,1(16), U_2,1(16), U_3,1(16),..., U_L,1(16), совпадающие с соответствующими значениями исходного блока данных, либо блок данных, в p-й кадр которого записаны 16-разрядные значения: U_cp.1(16), U_cp.2(16), U_cp.3(16),... , U_cp.L(16), соответствующие средним значениям соответствующих последовательностей исходного блока данных.

В остальные кадры записаны n-разрядные значения ΔU_1,k(n), ΔU_2,k(n), ΔU_3,k(n), ..., ΔU_L,k(n) (k= 1, 2, 3, . . . , m) либо (k= 1, 2, 3,..., p-1, p+1, p+2,..., m), вместо 16-разрядных значений исходного блока данных.

В наилучшем варианте реализации (фиг. 5) каждый кадр включает в себя показание одометра ОДО_k, k= 1, 2, 3,..., m. В процессе цифровой обработки данных из исходного блока данных 21 считывают показания одометра 55 из первого и последнего кадров блока данных: ОДО₁ и ОДО_m, вычисляют разность 56:ΔOДO = OДO_m-OДO₁.
Далее выполняют проверку условия: ΔOДO>Q, где Q составляет значение от 2 до 100 и, как правило, равно тридцати, деленному на радиус колеса одометра в сантиметрах.

При выполнении условия 57 выполняется описанная ранее последовательность преобразований 41 и запись в описанный ранее преобразованный блок данных 53 (фиг.4, фиг.5).

При невыполнении условия 57 выполняется последовательность преобразований 58, которая включает в себя: считывание последовательности 59 значений для каждого датчика навигации U_i,1(16), U_i,2(16),..., U_i,m(16), вычисление 60 среднего значения для каждой такой последовательности 59, формирования блока данных 61, состоящего из одного кадра, включающего усредненные значения последовательностей соответствующих датчиков навигации.

С периодичностью 1 с записывают текущие значения от навигационных датчиков и одометров, информацию о записанных данных, которая включает в себя номера или наименования файлов записанных данных по навигации, номера или наименования блоков по навигации, признаки индикации ошибки регистрации при записи, при обращении к внешнему устройству, сбоя функционирования внешнего устройства, максимальные и минимальные значения показаний датчиков навигации.

В процессе пропуска регистрируют сигналы от источников маркерных сигналов, установленных вне трубопровода, с помощью датчиков маркерных сигналов, указанные сигналы оцифровывают и записывают в кадр в оперативное запоминающее устройство 8 в виде последовательности маркерных значений, в процессе цифровой обработки данных выполняют считывание первого бита каждого маркерного значения и формируют последовательность полученных одноразрядных маркерных значений.

В процессе пропуска измеряют данные, отражающие пространственное положение трубопровода в пространстве, а также пройденную внутри трубопровода дистанцию, линейную скорость снаряда внутри трубопровода, предпочтительное число кадров в блоке данных составляет 1000.

На фиг. 6 и фиг.7 изображены характерные записанные значения показаний одного из акселерометров и одного из датчиков угловой скорости соответственно, полученные в процессе обследования магистрального нефтепродуктопровода. Расстояние между записанными значениями на временной оси составляет 8 мс.

Проводимые ЗАО "Нефтегазкомплектсервис" работы по навигационному обследованию магистральных трубопроводов с использованием заявленного изобретения в наилучшем варианте реализации показали, что объем, занимаемый записанными навигационными данными в результате их преобразования, удается уменьшить более чем в восемь раз.