Системы обнаружения утечек в нефте- и газопроводах

Очередной скачок мировых цен на нефть, отмеченный в первой декаде августа, имел необычную причину: на сей раз он был вызван не обострением кризиса на Ближнем Востоке, а сугубо техническими причинами. На самом крупном нефтяном месторождении США в заливе Прудхоу-Бей на Аляске была обнаружена утечка нефти вследствие повреждения трубопровода. Добычу срочно прервали. Прежде чем её возобновить, концерну «BP» придётся заменить, по меньшей мере, 27 километров труб, а главное – произвести профилактический осмотр всех своих трубопроводов на Аляске с целью выявления других повреждений и утечек. Практически одновременно с этим сообщением поступила информация об аварии на российском нефтепроводе «Дружба-1». В этой связи встал вопрос о том, насколько те технические средства, которыми в наши дни обеспечивается надёжность трубопроводов, соответствуют современным требованиям. Ответ, собственно говоря, уже ясен: нет, не соответствуют, нужны новые. И вопрос на самом деле должен звучать иначе: какие технические средства способны надёжно обеспечить бесперебойную и экологичную работу нефте- и газопроводов?

По мнению экспертов, в целом неплохие результаты даёт старый метод с использованием так называемой «контрольной пластинки». Он состоит в том, что пробный образец того самого материала, из которого изготовлен трубопровод, подвергается лабораторным испытаниям, воссоздающим промысловые условия эксплуатации. Определив таким путём степень коррозионного эффекта и механического износа материала, полученные данные экстраполируют на реальный трубопровод, что позволяет составить более или менее надёжное заключение о его ресурсе и сроках предстоящей замены. Однако гораздо более достоверные результаты даёт использование так называемых трубопроводных контрольно-измерительных снарядов. Эти автономные устройства перемещаются внутри трубопровода и производят его осмотр в автоматизированном режиме. Впервые такие снаряды начали применять лет 40 назад. Поначалу это были, конечно, весьма примитивные устройства, однако они постоянно совершенствовались. По данным Американской ассоциации компаний, управляющих трубопроводными сетями, на тех участках, где использовались современные контрольно-измерительные снаряды, количество утечек и объёмы вытекшей нефти за пятилетний период с 1999-го по 2004-й годы сократились вдвое. Сегодня эти снаряды представляют собой своего рода роботов массой в несколько тонн и стоимостью в десятки миллионов долларов, нашпигованных самыми разными сенсорами и датчиками. Алфред Крауч (Alfred Crouch), инженер Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио, штат Техас, говорит:

Объём информации, регистрируемый этими контрольно-измерительными снарядами, чрезвычайно велик. Ведь они обследуют каждый квадратный сантиметр внутренней поверхности трубопровода, причём на участках, протяжённость которых может достигать 200 километров, и все эти данные накапливаются и сохраняются в аппарате до завершения операции.

Помимо универсальных снарядов, выполняющих все виды профилактики и диагностики, но не оптимально, имеются снаряды, специализированные на той или иной операции. Одни ищут очаги коррозии, контролируя толщину стенок труб, другие регистрируют механические деформации трубопровода, третьи следят за целостностью внутреннего покрытия. Некоторые из таких снарядов даже оборудованы приёмниками сигналов спутниковой навигации «GPS», что позволяет с высокой точностью определять координаты места повреждения. Это особенно важно, если такой снаряд используется для инспекции участка значительной протяжённости. Впрочем, и эти высокие технологии не гарантируют, что будут обнаружены все повреждения или что это удастся сделать своевременно. Эксперты Американского института нефти и газа знают немало случаев, когда аварии происходили буквально через несколько дней после того, как контрольно-измерительные снаряды обследовали трубопровод и не нашли в нём никаких повреждений. Тому есть немало причин. Например, крутые изгибы трубопроводов очень плохо поддаются надёжной диагностике. Ричард Купревиц (Richard Kuprewicz), специалист по трубопроводным рискам фирмы «Accufax», приводит и ряд других объяснений:

Может оказаться, что выбран неправильный снаряд, то есть прибор, не оптимальный для решения данной конкретной задачи. Возможно также, что производитель снаряда переоценил достоинства своего детища, то есть приписал ему свойства, которыми он на практике не обладает. И не следует представлять себе дело так, будто надёжное обследование трубопровода – пустяковое дело. В реальности приходится преодолевать массу препятствий технического характера.

Иными словами, разработка универсальных и при этом высоконадёжных контрольно-измерительных снарядов продолжается. А пока таких устройств нет, – говорит Томас Берретт (Thomas Berrett), правительственный эксперт по вопросам нефтедобычи, – мы не должны жалеть ни сил, ни средств на профилактику и предотвращение аварий, чтобы, с одной стороны, свести к минимуму ущерб, наносимый окружающей среде, а с другой – обеспечить бесперебойные поставки энергоносителей:

Сегодня нормы, принятые в этой отрасли промышленности, требуют частых техосмотров, регулярной очистки трубопроводов, активных действий по профилактике и поддержанию трубопроводов в рабочем состоянии.

Однако учитывая гигантскую протяжённость трубопроводов, вряд ли можно удивляться тому, что они не всегда находятся в безупречном состоянии. Впрочем, весьма весомый вклад в безопасность и надёжность трубопроводов могут внести и учёные-материаловеды, разрабатывающие коррозионно-стойкие сплавы и невосприимчивые к агрессивным средам покрытия. А техасская фирма «SensorTran» получила недавно дотацию в размере 5,5 миллионов долларов на дальнейшую разработку специальных волоконно-оптических сенсоров, позволяющих круглосуточно следить за состоянием трубопровода и вовремя обнаруживать неполадки. По словам шефа фирмы, если бы такое оборудование было установлено на Аляске, утечка не могла бы оставаться столь долго незамеченной.

С ещё большими проблемами сталкиваются фирмы, эксплуатирующие газопроводы, потому что обнаружить утечку газа гораздо труднее, чем утечку нефти. Вытекающая нефть столь стремительно окрашивает почву, что утечка становится заметной довольно быстро, газ же может бесследно уходить в атмосферу месяцами. Как правило, об утечке компания узнаёт лишь по нехватке объёмов прокачиваемого газа. Но обнаружить место утечки чрезвычайно сложно, и удаётся это далеко не сразу. Наиболее надёжным показателем является изменение цвета окружающей место аварии растительности. Практикуемые сегодня патрульные облёты газопроводов на вертолётах, совершаемые обычно дважды в месяц, рано или поздно регистрируют это изменение, но ведь тут очень важен фактор времени. Майкл Стивен (Michael Steven), профессор Ноттингемского университета, поясняет:

Если растения подвергаются сильному стрессу, они желтеют. Газ, вырывающийся из трубопровода в месте утечки, лишает окружающие растения кислорода, и следствия этого стресса становятся хорошо видны невооружённым глазом, но проявляются они лишь несколько месяцев спустя. Мы подумали, что теоретически должна ведь существовать возможность зарегистрировать этот эффект на несколько недель раньше.

Профессор Стивен, специализирующийся на экологической экспертизе местности, по которой должны пройти трассы будущих газопроводов, предложил довольно простое техническое решение: анализировать цвет листвы растений с помощью высокочувствительного спектрометра. Опыты подтвердили эффективность метода :

Мы закачивали метан в почву, так, как это происходит при утечке из газопровода, и наблюдали за поведением растений. При этом оказалось, что пожелтение начинается лишь после того, как растение подвергалось непрерывному воздействию газа довольно длительное время. Однако спектральный анализ позволил зарегистрировать первые изменения в спектре отражаемого растениями света гораздо раньше, чем это возможно при обычном визуальном наблюдении. Выигрыш во времени составляет 2, 3, а то и 4 недели.

Ещё один аспект, которому профессор Стивен и его коллеги уделили много внимания, – это универсальность предложенного метода. Ведь газопроводы прокладываются в разных климатических зонах, соответственно, и видовое многообразие растительности может варьироваться в широких пределах. Но опыты показали, что это не проблема:

Первые эксперименты мы проводили с различными травами, затем ставили опыты на пшенице, кукурузе, бобовых культурах и некоторых других растениях, встречающихся в Европе вблизи газопроводов. И во всех случаях мы наблюдали весьма сходную реакцию на стресс, вызванный утечкой газа.

Чтобы убедиться в возможностях широкомасштабного применения метода, профессор Стивен провёл натурные испытания с использованием спутника, способного, образно говоря, «охватить взглядом» все крупные газопроводы Европы:

Мы опробовали наш метод с помощью этой спутниковой системы на настоящей утечке на одном из старых трубопроводов. Там газ мог свободно вытекать, но только на участке площадью всего в 1 квадратный метр. Однако несмотря на столь скромные масштабы утечки, разрешения сделанных со спутника снимков и чувствительности наших приборов оказалось вполне достаточно, чтобы эту утечку обнаружить.

Правда, внедрению нового метода, способного сократить время поиска утечки и тем самым уменьшить ущерб, наносимый окружающей среде, препятствуют целый ряд соображений. Профессор Стивен говорит:

Что касается самой технологии и оборудования, то я настроен вполне оптимистически. Система действительно функционирует. Другое дело, что на данный момент я не вижу реальной альтернативы патрулированию на вертолётах. Ведь спутниковые системы слежения тоже отнюдь не дёшевы. Кроме того, визуальный осмотр с вертолёта может выявить на газопроводах дефекты и повреждения, не связанные с утечкой. И наконец, вертолёты – в отличие от спутниковых систем – эффективны также в условиях облачности.

А теперь – о совсем ином применении сходных технологий. Во Франции прошла испытания система, использующая спутниковые сигналы для отслеживания перемещений вышедших на свободу бывших осуждённых. Дело в том, что почти четверть всех обитателей французских тюрем приговорены к лишению свободы за преступления на сексуальной почве. Причём три четверти из них – педофилы. Новое законодательство налагает на эту категорию преступников определённые ограничения и после отбытия ими наказания. Иными словами, на протяжении 4-7 лет после выхода на свободу все их действия должны контролироваться во избежание рецидивов. Но как? К каждому ведь полицейского не приставишь! А кроме того, бывшим преступникам, отсидевшим сполна свой срок, должна быть предоставлена возможность вести нормальную частную жизнь. Поэтому встал вопрос о техническом решении проблемы. Недавно в двух французских городах – Лилле и Ренне – завершились испытания мобильной системы слежения, получившей название «глаза в небе». Она состоит из напичканного электроникой браслета, надеваемого на руку или на ногу осуждённому, и карманного персонального компьютера с дисплеем наподобие обычного наладонника. Наладонник регистрирует данные обо всех перемещениях осуждённого и передаёт их – если надо, в режиме реального времени, – на компьютер в центральной диспетчерской ведомства, ответственного за исполнение наказаний, – поясняет Идит Мор (Idit Mor), сотрудница израильской фирмы «Elmo-Tech», специализирующейся на разработке и производстве мобильных систем слежения:

Преступника обязывают постоянно носить с собой прибор слежения, куда бы он ни направлялся. Если при этом он приближается к зоне, которая в приговоре по его делу была объявлена для него закрытой, а тем более если он в неё вторгается, электронный браслет тотчас посылает сигнал тревоги в центральную диспетчерскую. Как сотрудники на этот сигнал отреагирует, зависит от того, какие им даны инструкции. Одновременно сигнал тревоги может быть отправлен, скажем, на сотовые телефоны полицейских, патрулирующих в этом районе. Кроме того, система своевременно проинформирует и самого осуждённого о том, что он приближается к запретной зоне: наладонник подаст оптический или акустический сигнал в виде яркой вспышки или громкой сирены, а на дисплее появится соответствующее текстовое сообщение.

Слежение и передача данные в центральную диспетчерскую могут осуществляться в двух режимах – активном, при котором связь поддерживается непрерывно или с очень небольшими интервалами, измеряемыми секундами или минутами, и пассивном, при котором информация накапливается и передаётся раз в сутки. Возможен и гибридный, комбинированный режим, при котором система слежения активизируется, если осуждённый проникает в запретную зону. Идит Мор поясняет:

Наша система объединяет самые разные технологии. В качестве одного из компонентов служит, например, стандартная спутниковая навигация на базе сигналов «GPS». Для коммуникации и передачи данных используются сотовые и спутниковые телефоны. Планы различных районов города поступают на дисплеи их картографических баз данных информационных систем. Все эти технологии, лежащие в основе нашей разработки, по отдельности уже давно реализованы на практике в виде самостоятельных систем. Наша инновация состоит в том, что мы соединили эти компоненты в одно целое, создали систему, пригодную для долговременного применения в самых разных условиях и способную подстроиться под любой режим дня осуждённого.

Каждый из таких поднадзорных осуждённых получает индивидуально запрограммированный и опломбированный наладонник, в память которого введены все ограничения и условия, содержавшиеся в приговоре суда по его делу. Идит Мор говорит:

Центральная диспетчерская способна одновременно, на одном мониторе, отслеживать перемещения сотен осуждённых. Описать словами, как это выглядит, очень трудно. Во всяком случае, сотрудники диспетчерской обязаны пройти специальное обучение на компьютерных курсах. Но, освоив это программное обеспечение, они легко могут идентифицировать своих поднадзорных, быстро и безошибочно отличая данные одного осуждённого от данных другого.

В Великобритании сегодня речь уже идёт о том, чтобы вживлять под кожу осуждённым чип, который измерял бы кровяное давление и частоту пульса и в случае перевозбуждения приводил бы поднадзорного в чувства ударом тока. Но на фирме «Elmo-Tech» подобные методы считают неприемлемыми.