AVENCOM, начиная с 2003 года, участвовал в различных проектах, в которых требовалось использовать волоконно-оптические сенсоры и обработку оптических сигналов.
Распределенный волоконно-оптический датчик обладает уникальными свойствами, наделяющими его огромными преимуществами по сравнению с другими сенсорными технологиями в некоторых специфических областях. Возможность измерять температуру и деформацию на тысячах точек длины одиночного оптоволокна представляет особенный интерес для мониторинга протяженных структур, таких как магистральные и коллекторные нефтепроводы, нефтяные скважины и трубные эстакады.
В нефтегазовой промышленности распределенные акустические/вибрационные датчики и распределенные температурные сенсоры используются в следующих приложениях:
- Охрана трубопроводов;
- Распределенное измерение потока в скважинах и мониторинг скважин;
- Обнаружение утечек в трубопроводах;
- Слежение за скребком;
- Контроль периметра месторождений и инфраструктуры добычи и переработки;
- Обнаружение точек перегрева кабеля в линиях электроснабжения.
- Оптоволоконный мониторинг основан на обнаружении изменений внутренних свойств света, которые проявляются в том случае когда оптическое волокно подвергается воздействию изменений со стороны окружающей среды.
- Распределенный акустический сенсор Distributed Acoustic Sensor (DAS), использующий эффект рассеяния света, осуществляет непрерывный мониторинг вдоль оптического волокна. В качестве чувствительного элемента применяется стандартное телекоммуникационное волокно.
- В основе работы системы лежит принцип когерентной рефлектометрии — Coherent Optical Time Domain Reflectometry (C-OTDR)
Типы рассеяния света
- Для обнаружения виброакустических событий вдоль оптоволоконного кабеля, используются следующие типы рассеяния света: рассеяние Бриллюэна, Рамана и Рэлея
- Каждый тип рассеяния имеет характерный спектр с конкретными зависимостями от анализируемых физических параметров.
Механизмы рассеяния света
Оптические измерения и физические параметры, характерные для типов рассеяния света в оптическом волокне.
| Тип рассеяния | Оптические измерения | Физические параметры |
|---|---|---|
| Рамана | Амплитуда (анти-Стокс, Стокс) | Температура |
| Бриллюэна | Частота, амплитуда | Температура, деформация |
| Рэлея | Амплитуда, фаза | Динамические деформация и температура |
- Рассеяние Бриллюэна и Рамана — это неупругие процессы рассеяния, с передачей энергии посредством тепловых колебаний (оптические и акустические фононы, молекулярные колебания)
- Рассеяние Рэлея — упругое рассеяние, вызванное статической неоднородностью индекса преломления света.
- Чувствительности сигнала Рэлея достаточно для обнаружения событий с широким акустическим спектром, таких как движение человека или автомобиля или проведение земляных работ вблизи контролируемой территории. Поэтому он используется в распределенных акустических сенсорах.
Принцип действия
- Устройство акустического сенсора периодично посылает высокочастотный световой импульс сквозь волокно и анализирует рассеянный спектр.
- Любая активность на определенном расстоянии от волокна, например, утечка продукции или попытка вмешаться в работу трубопровода, генерирует акустическую энергию.
- Это явление вызывает сдвиг фаз в обратном рассеянном спектре, который анализируется.
- Местоположение события является результатом измерения времени, прошедшего между запуском импульса и получением рассеянного света.
Каждое событие имеет свою специфическую особенность
Идентификация событий
- DAS не только обнаруживает и локализует событие, но также может определить его природу.
- Акустическая энергия может генерироваться в результате целого ряда событий: таких как утечка в трубопроводе, приближение человека, движение автомобиля, повреждение кабеля и т.д.
- Каждое из этих событий имеет уникальный акустический след, который и распознается.
Приложения системы DAS
Мониторинг трубопроводов
- DAS выполняет своевременное оповещение о несанкционированной деятельности, такой, как проведение земляных работ вблизи контролируемой территории.
- Решение также применяется для обнаружения утечек существующих подземных трубопроводов.
- DAS в настоящее время способна распознавать большинство сигналов, вызванных утечками, которые могут обнаруживаться с помощью одного оптоволоконного кабеля.
Охрана периметра
- Система определяет широкий круг видов деятельности, в том числе приближение человека, движение автомобиля, определение типа транспортного средства, пересечение ограждения охраняемой области.
- Оптоволоконный кабель скрыт под землей, не может быть обнаружен, невосприимчив к электромагнитной индукции.
- DAS отслеживает каждый метр периметра 24 часа в сутки.
Разворачивание систем DAS
Наибольшее применения DAS приходится на нефтегазовую отрасль, в которой трубопроводы подвергаются значительным угрозам (преднамеренным и непреднамеренным).
- Диапазон действия одного устройства простирается до 70 км в одном направлении (140 км в расширенной конфигурации). Устройства устанавливаются каскадами с общей системой управления.
- На месте установки системы требуется три физических подключения: опто- волоконный кабель (не обязательно рядом с трубой), электропитание (230В или 48В) и сетевое соединение (CAT5 Ethernet).
- На сегодняшний день, наша компания установила систем с использованием DAS на трубопроводах общей протяженностью более 1500 км.
