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 рассеянияОптические измеренияФизические параметры
РаманаАмплитуда (анти-Стокс, Стокс)Температура
БриллюэнаЧастота, амплитудаТемпература, деформация
РэлеяАмплитуда, фазаДинамические 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.