DE10215064A1 - Detection of leaks in oil pipeline involves using temperature sensors linked to control center by fibre optic cable - Google Patents

Abstract

Detection of leaks and hydraulic characteristics in a section of oil pipeline involves sealing the section at each end, and measuring the oil temperature profile using temperature sensors linked to a control center by a fibre optic cable. The profile is evaluated using a heat transport model, which takes the pipe's local position and arrangement into account. Prior to the leak detection process, calibration measurements are made to profile the surrender of heat from the pipe, and the local geological conditions. The calibration is repeated at different seasons and/or under different weather conditions. The temperatures measured are used as pump parameters. A dynamic heat transport model is used which employs variables including local geology and current weather conditions. A leak is detected by balancing the quantities of incoming and outgoing oil, in conjunction with the oil temperature profile along the pipe. The process excludes errors arising from a switch to a supply of different temperature from a different tank or batch. In the model, the oil temperature profile transverse to the direction of flow is a constant, and the temperature gradient in the plane transverse to the direction of flow is assumed to be much greater the axial direction. The process complements information derived from prior art real- time simulation of hydraulic pipeline systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zeit- und aussageoptimalen Prüfung der Dichtigkeit und/oder des hydraulischen Verhaltens von flüssigkeitsfördernden Leitungssystemen, insbe­ sondere Rohöl-Pipelines, unter Nutzung von Druck-Temperatur (DT) und/oder Druck-Diffe­ renz(DD)-Methoden zur Leckagebestimmung in abgeschieberten Leitungsabschnitten, ge­ mäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for checking the tightness in terms of time and information and / or the hydraulic behavior of liquid-conveying line systems, in particular special crude oil pipelines, using pressure temperature (DT) and / or pressure differences renz (DD) methods for leakage determination in pushed-off line sections, ge according to the preamble of claim 1.

Der Betrieb von flüssigkeitsfördernden, umweltgefährdende Produkte führenden Pipelines unterliegt sehr strengen sicherheitstechnischen Auflagen seitens der jeweiligen Behörden. So wird beispielsweise für den Betrieb von Rohöl-Pipelines ein Verfahren zum Erkennen von kleinsten Leckagemengen im Bereich von ca. 20 l/sec zwingend vorgeschrieben. Zur Anwen­ dung kommen hier bekannte Druck-Temperatur-Verfahren oder Druck-Differenz-Verfahren, welche nur bei Unterbrechnung des Pumpbetriebs durchführbar sind. Beim Druck-Tempe­ ratur(DT)-Verfahren werden Leitungsabschnitte unter Druck abgeschiebert und es wird der Leitungsdruck sowie die Leitungstemperatur bestimmt. Bei einer dichten Leitung verhält sich der Druck in einem geschlossenen Abschnitt proportional zur Temperatur. Kann diese Pro­ portionalität innerhalb bestimmter Toleranzen über einen längeren Zeitraum nachgewiesen werden, wird von einer dichten Leitung ausgegangen. Die Toleranzen stehen hierbei in di­ rektem Zusammenhang mit der jeweils geforderten Nachweisgrenze. Da die Temperatur in der Regel nur lokal an einer Stelle des Leitungsabschnitts gemessen wird, ist das vorge­ stellte Verfahren in der Regel sehr ungenau.Operation of pipelines promoting liquid, environmentally hazardous products is subject to very strict security requirements from the respective authorities. For example, for the operation of crude oil pipelines, a method for the detection of smallest leakage amounts in the range of approx. 20 l / sec are mandatory. For use well-known pressure-temperature methods or pressure-difference methods which can only be carried out when pump operation is interrupted. At pressure tempe ratur (DT) process, line sections are shunted off under pressure and the Line pressure and line temperature determined. With a dense line behaves the pressure in a closed section proportional to the temperature. Can this pro Proportionality demonstrated within certain tolerances over a longer period tight line is assumed. The tolerances are in di right connection with the required detection limit. Because the temperature in usually only measured locally at one point in the line section, this is pre-defined usually put procedures very imprecise.

Bei dem Druck-Differenz(DD)-Verfahren werden Leitungsabschnitte ebenfalls unter Druck abgeschiebert. Allerdings wird nun der Differenzdruck benachbarter Abschnitte überwacht. Unter der im Regelfall nicht zutreffenden Annahme gleicher Temperaturentwicklung in be­ nachbarten Abschnitten muß der Differenzdruck im Falle einer dichten Leitung quasi kon­ stant bleiben. Die notwendige Messung dauert also so lange an, bis der überwachte Diffe­ renzdruck über einen längeren Zeitraum innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands verblieben ist.In the pressure difference (DD) process, line sections are also under pressure abgeschiebert. However, the differential pressure of adjacent sections is now monitored. Assuming the same temperature development in be neighboring sections, the differential pressure in the case of a dense line quasi kon stay steadfast. The necessary measurement therefore continues until the monitored diffe  limit pressure over a longer period of time within a specified tolerance band remained.

Da das Temperaturverhalten während der Pumppausen nur unzureichend bekannt ist bzw. zwischen den benachbarten Abschnitten schwanken kann, ergeben sich erhebliche Meßzei­ ten. Bei einigen Rohöl-Pipelines betragen praktische Meßzeiten länger als eine Woche, wobei unter kritischen geologischen Bedingungen verlegte Leitungen mittels der vorbestimmten Methoden hinsichtlich ihrer Dichtigkeit überhaupt nicht überprüft werden können.As the temperature behavior during pumping breaks is only insufficiently known or can fluctuate between the adjacent sections, there is considerable measurement time For some crude oil pipelines, practical measurement times are longer than a week, whereby pipes laid under critical geological conditions using the predetermined Methods regarding their tightness cannot be checked at all.

Die entscheidenden Probleme bei den genannten Verfahren ergeben sich also durch den Temperatureinfluß respektive die unzureichende Kenntnis der Temperaturverteilung längs der Pipeline. Ebenso hat die Temperatur des Produkts einen signifikanten Einfluß auf die Rohrhydraulik. Bisherige Annahmen, basierend auf einer konstanten Temperatur längs der Leitung bzw. des Leitungssystems, führen zu Simulationsaussagen ungenügender Be­ stimmtheit.The crucial problems with the above-mentioned processes therefore arise from the Influence of temperature or insufficient knowledge of the temperature distribution along the pipeline. The temperature of the product also has a significant influence on the Pipe hydraulics. Previous assumptions based on a constant temperature along the Line or the line system lead to simulation statements of insufficient loading true satisfaction.

Es ist weiterhin bekannt, daß das hydraulische und thermodynamische Verhalten einer Rohöl-Pipeline im wesentlichen durch das Zusammenwirken der physikalischen Zustandsgrö­ ßen Temperatur, Druck, Dichte und Fließgeschwindigkeit bestimmt wird. Während Druckän­ derungen sowie Variationen in der Fließgeschwindigkeit unmittelbare Auswirkungen auf die Pipeline-Hydraulik zeigen und mit schnellen Änderungsgeschwindigkeiten einhergehen, sind Temperaturvorgänge eher langsamerer Natur. Es hat sich jedoch gezeigt, daß letztendlich der Temperatureinfluß auf das Volumen des Rohöls um nahezu eine Zehnerpotenz größer als der des Drucks ist.It is also known that the hydraulic and thermodynamic behavior of a Crude oil pipeline essentially through the interaction of the physical state size temperature, pressure, density and flow rate is determined. During printing Changes as well as variations in the flow rate have a direct impact on the Show pipeline hydraulics and are associated with rapid change speeds Temperature processes tend to be slower. However, it has been shown that ultimately the temperature influence on the volume of the crude oil is almost a power of ten greater than that of pressure.

Die Temperatur wirkt eher mittelbar über die Stoffwerte des Produkts, insbesondere des Rohöls und des Stahls, auf die Pipeline-Hydraulik ein. Zu beachten sind hier die Ausde­ hungskoeffizienten von Stahl und Rohöl, die Viskosität des Rohöls und die Kompressibilität bzw. der Elastizitätsmodul von Rohöl und Stahl.The temperature has an indirect effect on the physical properties of the product, especially the Crude oil and steel, to the pipeline hydraulics. Attention should be paid to the Ausde coefficient of steel and crude oil, the viscosity of the crude oil and the compressibility or the modulus of elasticity of crude oil and steel.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Zeit- und aussageoptimalen Prüfung der Dichtigkeit und/oder des hydraulischen Verhaltens von flüssigkeitsfördernden Leitungssystemen, insbesondere Rohöl-Pipelines anzugeben, wo­ bei mit Hilfe dieses Verfahrens eine Erfassung der Medientemperatur erfolgen kann, so daß deren signifikanter Einfluß auf die Rohrhydraulik berücksichtigbar ist.From the above, it is an object of the invention to develop a further method for Time and statement-optimized testing of the tightness and / or the hydraulic behavior of liquid-producing piping systems, in particular crude oil pipelines, to indicate where with the aid of this method, the media temperature can be recorded so that whose significant influence on the pipe hydraulics can be taken into account.

Weiterhin soll mit Hilfe des vorgestellten Verfahrens die Zeit für Betriebsunterbrechungen bei Anwendung der DT- oder DD-Methoden zur Leckagebestimmung verkürzt werden. Furthermore, with the help of the method presented, the time for business interruptions should be when using the DT or DD methods to determine the leakage.  

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß den Schritten nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltun­ gen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved with a method according to the steps according to claim 1, wherein the subclaims at least useful embodiments conditions and further training.

Erfindungsgemäß wird also das Temperaturprofil längs des jeweiligen Leitungssystems durch faseroptische Messung ermittelt, wobei indirekt über ein Wärmetransportmodell, wel­ ches die örtlichen Bedingungen der Lage des Leitungssystems und den Aufbau desselben berücksichtigt, auf die Medientemperatur im Leitungssystem geschlossen wird.According to the invention, the temperature profile along the respective line system determined by fiber optic measurement, indirectly via a heat transfer model, wel ches the local conditions of the location of the piping system and the structure of the same is taken into account, the media temperature in the pipe system is inferred.

Ausgestaltend wird für die Temperaturverlaufs-Bestimmung und zur Modellerstellung im laufenden Betrieb eine Kalibrierung durch Kalibrierungsmessungen mittels des Faseroptik vorgenommen, um den Wärmetransport zur Umgebung zu erfassen und geologische Gege­ benheiten zu erkennen.It is designed for determining the temperature profile and for creating a model in ongoing operation a calibration by calibration measurements using fiber optics made to record the heat transport to the environment and geological areas to recognize

Bevorzugt werden die Kalibrierungsmessungen zu bestimmten Jahreszeiten und/oder be­ stimmten meteorologischen Bedingungen durchgeführt und/oder wiederholt, so daß ein ent­ sprechender jahreszeitlicher Verlauf für das Wärmetransport-Modell ermittelbar ist.The calibration measurements at certain times of the year and / or be preferred agreed meteorological conditions performed and / or repeated, so that an ent speaking seasonal course can be determined for the heat transport model.

Ergänzend werden punktuell erfaßte Temperaturwerte, z. B. im Bereich der Pumpstationen und/oder der Schieber des Leitungssystems berücksichtigt.In addition, selectively recorded temperature values, e.g. B. in the area of the pumping stations and / or the slide of the line system is taken into account.

Das Wärmetransport-Modell stellt ein dynamisches Modell dar, wobei die Modellparameter nach den geologischen und/oder momentan gegebenen meteorologischen Bedingungen selektiert bzw. vorgegeben werden.The heat transport model represents a dynamic model, with the model parameters according to the geological and / or current meteorological conditions selected or specified.

Bei der Anwendung des Verfahrens zur Leckageerkennung mittels Mengenbilanzierung auf der Basis der gemessenen ein- und ausgehenden Volumenströme und des aktuellen Pipe­ line-Volumens erfolgt diese Mengenbilanzierung unter Verwendung der bestimmten Medientemperatur längs der Pipeline, so daß Änderungen des Temperaturprofils, z. B. durch Tank- oder Batchwechsel das Bilanzierungsergebnis nicht negativ beeinflussen.When using the method for leak detection using quantity balancing the basis of the measured incoming and outgoing volume flows and the current pipe line volume, this quantity balance is carried out using the determined Media temperature along the pipeline so that changes in the temperature profile, e.g. B. by Tank or batch changes do not negatively affect the accounting result.

Mittels der indirekt bestimmten Medientemperatur längs der Pipeline kann insbesondere bei hochviskosen Rohölen der erforderliche Abstand zum Stockpunkt festgelegt und ein hierauf abgestelltes Betreiben des Pipeline-Betriebs erfolgen.By means of the indirectly determined media temperature along the pipeline, in particular at highly viscous crude oils set the required distance to the pour point and one thereon shutdown of pipeline operations.

Für die faseroptische Temperaturmessung können längs der Pipelines verlegte bzw. dort vorhandene Lichtwellenleiter-Telekommunikationskabel oder sogenannte Verbundkabel Verwendung finden. For fiber-optic temperature measurement, you can lay or there along the pipelines existing fiber optic telecommunications cables or so-called composite cables Find use.  

Für die Modellbildung wird die Produkttemperatur quer zur Fließrichtung als konstant und die Temperaturgradienten in der Ebene quer zur Fließrichtung als viel größer bezogen auf denjenigen in axialer Richtung angenommen. Auf dieser Annahmebasis erfolgt dann ein potentialtheoretisches Schätzen des Umgebungstemperaturfelds.For the modeling, the product temperature is considered constant and transverse to the flow direction the temperature gradients in the plane transverse to the direction of flow as much larger based on assumed in the axial direction. Based on this assumption, a theoretical estimation of the ambient temperature field.

Weiterhin wird erfindungsgemäß die an sich bekannte Echtzeit-Simulation des jeweiligen hydraulischen Systems der Pipeline um den ermittelten Medientemperatur-Verlauf längs der Pipeline zur Verbesserung der Aussagerelevanz ergänzt.Furthermore, the known real-time simulation of the respective hydraulic system of the pipeline around the determined media temperature curve along the Pipeline to improve relevance to statements added.

Durch die gezielte Berücksichtigung der bestimmten Temperaturprofile längs der Leitung bzw. des Leitungssystems unter Zuhilfenahme eines Temperatur- bzw. Wärmetransport- Modells kann von einer erheblichen Reduktion der Meßdauer und damit des Betriebsstill­ stands bei Anwendung der DD/DT-Methoden zur Leckagebestimmung ausgegangen werden. In analoger Weise kann bei gleicher Meßdauer die Genauigkeit der Leckerkennung verbes­ sert werden.By taking the specific temperature profiles along the line into account or the pipe system with the aid of a temperature or heat transport Model can significantly reduce the duration of measurement and thus the shutdown levels when using the DD / DT methods to determine the leakage. In an analogous manner, the accuracy of the leak detection can be improved for the same measurement duration be tested.

Ein wesentlicher Grundgedanke liegt also darin, daß kleinste Leckagen an flüssigkeitsför­ dernden Leitungen erkannt werden können, indem aufbauend auf der bekannten Proportio­ nalität zwischen Temperatur und Druck in einem geschlossenen Leitungsabschnitt der Tem­ peraturverlauf, der mit Hilfe einer faseroptischen Temperaturprofil-Messung längs der Lei­ tung durchgeführt wurde, Berücksichtigung findet.An essential basic idea is therefore that the smallest leaks in liquid derenden lines can be recognized by building on the well-known Proportio naturalness between temperature and pressure in a closed line section of the tem temperature profile, which is measured along the Lei with the help of a fiber optic temperature profile measurement was carried out, is taken into account.

Zur Berechnung der Medientemperatur aus der Umgebungstemperatur findet das erwähnte Wärmetransport- respektive Temperatur-Modell Verwendung.For the calculation of the media temperature from the ambient temperature, the above mentioned Heat transport or temperature model use.

Durch die indirekte Bestimmung der Temperatur der im Leitungssystem befindlichen Pro­ dukte kann das jeweilige Hydraulikmodell mit einer wesentlich verbesserten Modellgenauig­ keit simuliert werden. Damit dient der indirekt bestimmte Temperaturverlauf längs der Lei­ tung also nicht nur zur Verbesserung der Leckageerkennung, sondern zur Optimierung der hydraulischen Simulation des Systems sowie zum Erkennen des Fließverhaltens und der Vorhersage möglicher Störungen durch denkbares Erreichen des Stockpunkts des jeweiligen Produkts, insbesondere eines hochviskosen Rohöls.By indirectly determining the temperature of the Pro products, the respective hydraulic model can be precisely improved with a significantly improved model be simulated. The indirectly determined temperature curve along the lei thus serves So not only to improve leak detection, but to optimize the hydraulic simulation of the system and to recognize the flow behavior and the Prediction of possible disturbances by conceivably reaching the pour point of the respective one Product, especially a highly viscous crude oil.

Die exakte Kenntnis der Produktewerte ist für das hydraulische Verhalten eines Leitungs­ systems von erheblicher Bedeutung.The exact knowledge of the product values is essential for the hydraulic behavior of a line systems of considerable importance.

Die Druckwellen-Geschwindigkeit, die z. B. das Ausbreiten einer Druckwelle nach dem Schnellschluß eines Regelventils an einem Pipeline-Ende beschreibt, ist eine Funktion der Dichte des Öls und des Elastizitätsmoduls von Rohöl und dem Stahlmaterial der Leitung, also von Größen, die von der Temperatur abhängen. Für die Echtzeit-Simulation von instationä­ ren Vorgängen ist diese Druckwellen-Geschwindigkeit ein bestimmender Parameter. Eine falsche Druckwellen-Geschwindigkeit aufgrund mangelhafter Temperaturkenntnis führt zu einem Versatz zwischen berechneter und simulierter Druckwellen-Ausbreitung, d. h. zu einem Zeitfehler.The pressure wave speed, the z. B. the spread of a pressure wave after the Fast closing a control valve at a pipeline end is a function of Density of the oil and the modulus of elasticity of crude oil and the steel material of the line, that is  of quantities that depend on the temperature. For real-time simulation of unsteady This pressure wave velocity is a determining parameter for other processes. A incorrect pressure wave speed due to poor temperature knowledge leads to an offset between calculated and simulated pressure wave propagation, d. H. to a time error.

Bei dem bekannten Verfahren zur modellgestützten Mengenbilanz und hierauf basierender Erkennung von Leckagen werden ein- und ausgehende Volumenströme und das jeweilige aktuelle Pipeline-Volumen bilanziert. Die Messung der Volumenströme erfolgt bei Betriebs­ temperatur. Da sich das Volumen mit der Temperatur erheblich ändert, werden die zu bilan­ zierenden Volumenströme jeweils auf eine Normtemperatur, in der Regel 15°C, umgerech­ net. Eine solche Umrechnung ist jedoch nur dann zutreffend, wenn das Temperaturprofil entlang der Pipeline stationär ist. Verändert sich dieses Profil jedoch, z. B. dann, wenn sich durch Tank- oder Batchwechsel die Eingangstemperatur erhöht, ergeben sich erhebliche Abweichungen in der Mengenbilanz, da der Temperaturänderung nur lokal, z. B. an der Meßstelle des eingehenden Volumenstroms Rechnung getragen wird. Mit Hilfe des erfindungsgemäßer Verfahrens kann dieser Nachteil vermieden werden.In the known method for model-based quantity balance and based on it Detection of leaks are incoming and outgoing volume flows and the respective current pipeline volume balanced. The volume flows are measured during operation temperature. Since the volume changes significantly with temperature, they become bilan converting volume flows to a standard temperature, usually 15 ° C net. However, such a conversion is only applicable if the temperature profile is stationary along the pipeline. However, this profile changes, e.g. B. if by changing the tank or batch, the inlet temperature increases considerably Deviations in the quantity balance, as the temperature change only locally, e.g. B. at the Measuring point of the incoming volume flow is taken into account. This disadvantage can be avoided with the aid of the method according to the invention.

Wie bereits erwähnt, ist die genaue Kenntnis des Temperaturprofils entlang der Pipeline besonders bei hochviskosen Rohölen und tiefen Temperaturen von Bedeutung, um einen ausreichenden Sicherheitsabstand gegenüber dem Stockpunkt des Rohöls sicherzustellen. Auch hier bietet die erfindungsgemäße Lösung eine wesentliche Verbesserung des Standes der Technik.As already mentioned, is the exact knowledge of the temperature profile along the pipeline especially important for highly viscous crude oils and low temperatures ensure a sufficient safety distance from the pour point of the crude oil. Here too, the solution according to the invention offers a significant improvement in the state of the technique.

Wie eingangs erwähnt, wird zum Feststellen kleinster Leckagen im betriebslosen Zustand das Druck-Differenz-Verfahren (DD-Verfahren) eingesetzt. Nach Abschiebern bestimmter Leitungsabschnitte wird der zeitliche Druckverlauf zwischen jeweils benachbarten Leitungs­ abschnitten betrachtet. Eine Leckage macht sich dann durch einen zeitlich ansteigenden Druckunterschied zwischen diesen benachbarten Leitungsabschnitten bemerkbar. Durch eine unterschiedliche, nicht erkannte Temperaturentwicklung in den benachbarten Ab­ schnitten treten ebenfalls zeitliche Druckunterschiede auf, die eine Leckageüberwachung mit diesen Verfahren ohne die erfindungsgemäße Methodik erheblich stören.As mentioned at the beginning, the smallest leakage is found in the inoperative state the pressure difference method (DD method) is used. After deportation certain Line sections is the temporal pressure curve between adjacent lines sections considered. A leak will then be caused by an increase in time Difference in pressure between these adjacent line sections noticeable. By a different, undetected temperature development in the neighboring Ab cuts also occur temporal pressure differences that a leakage monitoring with interfere with this method considerably without the methodology according to the invention.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Figur näher erläutert werden.The invention is intended to be explained in more detail below using an exemplary embodiment and a figure are explained.

Die Figur zeigt hierbei die stationäre Temperaturverteilung quer zur Strömungsrichtung einer Pipeline. The figure shows the stationary temperature distribution across the flow direction a pipeline.  

Maßgeblich für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Lehre ist neben der Ermittlung des Temperaturprofils längs des jeweiligen Leitungssystems durch faseroptische Messung die Angabe eines Wärmetransport-Modells, welches die örtlichen Bedingungen in der Lage des Leitungssystems und den Aufbau desselben berücksichtigt, so daß dann mittelbar auf die Medientemperatur im Leitungsinneren geschlossen werden kann.In addition to the determination of the Temperature profile along the respective line system by fiber optic measurement Specification of a heat transport model, which the local conditions in the position of the Pipe system and the structure of the same is taken into account, so that then indirectly on the Media temperature inside the line can be closed.

Die hierfür notwendigen Phänomene des Wärmetransports und des Wärmeübergangs von durchströmten Rohren an die Umgebung sind hinreichend bekannt.The necessary phenomena of heat transport and heat transfer from pipes flowing through to the environment are well known.

Zusammen mit den Sätzen zur Massen- und Impulserhaltung bildet die Energieerhaltung die Grundlage zur modelltechnischen Beschreibung von einphasigen Rohrströmungen. Die ma­ thematische Beschreibung ergibt hier ein System von drei partiellen, gekoppelten Differenti­ algleichungen. Die Zustandsgrößen sind Druck, Dichte oder Fließgeschwindigkeit und Tem­ peratur. Ein solches Gleichungssystem kann numerisch gelöst werden.Together with the sentences for mass and momentum conservation, energy conservation forms the Basis for the model-technical description of single-phase pipe flows. The ma Thematic description results in a system of three partial, coupled differenti algleichungen. The state variables are pressure, density or flow rate and tem temperature. Such a system of equations can be solved numerically.

Bisher vorgenommene modellhafte Beschreibungen des Temperaturverhaltens, wie sie zum Teil in der Simulations-Software für Rohöl-Pipelines genutzt werden, basieren auf einfachs­ ten Annahmen. Hier handelt es sich um Modelle von einfachen Wärmetauschern, wobei in der Regel von einer konstanten Außentemperatur und einem konstanten Wärmeübergangs- Koeffizienten ausgegangen wird. Phänomene des lokalen Wärmeübergangs, die räumliche Verteilung des Temperaturprofils quer zur Fließrichtung sowie die Wärmeerzeugung auf­ grund von Reibung werden hier nicht berücksichtigt.Model descriptions of the temperature behavior made up to now, such as those for Part used in the simulation software for crude oil pipelines are based on simple assumptions. These are models of simple heat exchangers, with in the rule of a constant outside temperature and a constant heat transfer Coefficient is assumed. Phenomena of local heat transfer, the spatial Distribution of the temperature profile across the flow direction as well as heat generation due to friction are not considered here.

Über die Bestimmung der Temperatur längs einer Pipeline mittels Faseroptik können Meß­ daten für die Überprüfung von Modellen gewonnen werden. Beispielsweise kann ein Licht­ wellenleiterkabel neben der Pipeline verlegt werden, um entlang dieses Kabels das Tempe­ raturprofil mittels Raman-Rückstreuung und einer erreichbaren Auflösung von ca. 0,1 K pro Meter zu bestimmen. Auch kann anstelle des Raman-Effekts die sogenannte stimulierte Brillouin-Streuung zur Temperaturmessung ausgenutzt werden.By determining the temperature along a pipeline using fiber optics, meas data is obtained for the review of models. For example, a light waveguide cables are laid next to the pipeline to the tempe along this cable ratur profile using Raman backscattering and an achievable resolution of approx. 0.1 K per To determine meters. Instead of the Raman effect, the so-called stimulated one can also be used Brillouin scattering can be used for temperature measurement.

In allen Fällen befindet sich jedoch die Faseroptik außerhalb der Pipeline und in einem be­ stimmten, teilweise auch schwankenden Abstand zu dieser. Damit ist aber die Modellierung des Temperaturfelds um die Pipeline von besonderer Bedeutung, da eben nicht die Öltem­ peratur selbst, sondern ein Temperaturprofil entlang des Lichtwellenleiter-Kabels gemessen wird. So befindet sich ein im praktischen Beispiel verlegtes Kabel größtenteils in einer 2-Uhr-Position und in einem Abstand von im Mittel ca. 1 Meter längs des Rohrs. In all cases, however, the fiber optics are outside the pipeline and in one agreed, sometimes also fluctuating distance to this. But that's modeling of the temperature field around the pipeline is of particular importance since it is not the oil temperature itself, but a temperature profile measured along the fiber optic cable becomes. For example, a cable laid in the practical example is mostly in one 2 o'clock position and at an average distance of approx. 1 meter along the pipe.  

Unter der Annahme, daß die Temperaturgradienten in der Ebene quer zur Fließrichtung (x-y-Ebene) sehr viel größer sind als in axialer Richtung, kann das stationäre Temperaturfeld bei einfachen Randbedingungen mittels der Potentialtheorie abgeschätzt werden.Assuming that the temperature gradients in the plane are transverse to the flow direction (x-y plane) are much larger than in the axial direction, the stationary temperature field can with simple boundary conditions can be estimated using potential theory.

Die Figur zeigt hierbei das stationäre Temperaturfeld quer zur Strömungsrichtung für eine Außentemperatur T_G von 5°C und einer Rohrtemperatur T_R von 20°C. Die Pipeline hat einen Durchmesser von R = 0,35 m und liegt in einer Tiefe D von 1 Meter. Das stationäre Tem­ peraturfeld ergibt sich demnach durch nachstehende Beziehung:
The figure shows the stationary temperature field transverse to the direction of flow for an outside temperature T _G of 5 ° C and a pipe temperature T _R of 20 ° C. The pipeline has a diameter of R = 0.35 m and is at a depth D of 1 meter. The stationary temperature field results from the following relationship:

Über eine Sensitivitätsanalyse kann das Temperaturmodell sinnvoll und praxisnah verein­ facht werden.The temperature model can be combined sensibly and practically using a sensitivity analysis be fanned.

Eine gemäß Ausführungsbeispiel untersuchte Pipeline verläuft in Abschnitten mit Gebieten sehr unterschiedlicher Bodenbeschaffenheit, wobei auch Grundwasserströmungen quer zu Pipeline vorliegen. Hieraus erklären sich sehr große Schwierigkeiten bei Anwendung des Druck-Differenz-Verfahrens zur Leckageerkennung.A pipeline examined according to the exemplary embodiment runs in sections with areas very different soil conditions, including groundwater flows across Pipeline. This explains very great difficulties in using the Differential pressure method for leak detection.

Eine vorgesehene Lichtwellenleiter-Schleife von der Kopfstation bis zu einer Länge von 25 km schafft Möglichkeiten zur Ermittlung der Einflüsse aufgrund der Bodenbeschaffenheit und der vorerwähnten Grundwasserströmungen. Die Messungen wurden zu unterschiedlichen Jahreszeiten ausgeführt, um eine entsprechende Parametrierung des Modells zu erreichen. Mit Hilfe einer gezielten Parameterschätzung kann das Modell weiter verbessert und eine obere Fehlergrenze abgeschätzt werden.A planned fiber optic loop from the head station up to a length of 25 km creates opportunities to determine the influences based on the soil conditions and of the aforementioned groundwater flows. The measurements were different Seasons carried out in order to achieve appropriate parameterization of the model. With the help of a targeted parameter estimation, the model can be further improved and a upper error limit can be estimated.

Wird bei vergleichbaren Systemen und ähnlichen geologischen Gegebenheiten die Modell­ rechnung hinsichtlich des Temperaturverlaufs für eine Optimierung der hydraulischen Echt­ zeit-Simulation herausgezogen, dann kann durch diese Übertragung auf eine Temperatur­ erfassung bei diesen weiteren Pipelines verzichtet werden, was die ökonomische Bilanz für die Bewirtschaftung oder das Betreiben derartiger kostenintensiver Systeme verbessert.Is the model used for comparable systems and similar geological conditions? Calculation of the temperature curve for an optimization of the hydraulic real time simulation pulled out, then by this transfer to a temperature with these other pipelines, which is the economic balance for improve the management or operation of such costly systems.

Claims (10)

1. Verfahren zur Zeit- und aussageoptimalen Prüfung der Dichtigkeit und/oder des hydrauli­ schen Verhaltens von flüssigkeitsfördernden Leitungssystemen, insbesondere Rohöl- Pipelines, unter Nutzung von Druck-Temperatur- und/oder Druck-Differenz-Methoden zur Leckagebestimmung in abgeschieberten Leitungsabschnitten, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturprofil längs des jeweiligen Leitungssystems durch faseroptische Messung ermittelt wird, wobei indirekt über ein Wärmetransport-Modell, welches die örtlichen Bedin­ gungen der Lage des Leitungssystems und den Aufbau desselben berücksichtigt, auf die Medientemperatur im Leitungsinneren geschlossen wird.1. Procedure for time and meaningful testing of the tightness and / or the hydraulic behavior of liquid-conveying line systems, in particular crude oil pipelines, using pressure-temperature and / or pressure-difference methods for leakage determination in pushed-off line sections, characterized that the temperature profile along the respective line system is determined by fiber optic measurement, indirectly concluding the media temperature inside the line via a heat transport model which takes into account the local conditions of the position of the line system and the structure thereof. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Temperaturverlaufs-Bestimmung und im laufenden und/oder abgeschieberten Be­ trieb Kalibrierungsmessungen mittels der Faseroptik durchgeführt werden, um den Wärme­ transport zur Umgebung zu erfassen und geologische Gegebenheiten zu erkennen.2. The method according to claim 1, characterized in that for the determination of the temperature profile and in ongoing and / or expelled loading calibrated measurements carried out by means of fiber optics to the heat to record transport to the environment and to recognize geological conditions. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierungsmessungen zu bestimmten Jahreszeiten und/oder bestimmten meteorologi­ schen Bedingungen durchgeführt und/oder wiederholt werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the calibration measurements at certain times of the year and / or certain meteorological conditions conditions and / or repeated. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß punktuell erfaßte Temperaturwerte im Bereich der Pumpstationen oder Schieber des Lei­ tungssystems Berücksichtigung finden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that selectively recorded temperature values in the area of the pump stations or sliders of the Lei system. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dynamisches Wärmetransport-Modell zur Bestimmung verwendet wird, wobei die Modellparameter nach den geologischen und/oder momentan gegebenen meteorologischen Bedingungen ausgewählt oder selektiert werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a dynamic heat transport model is used for the determination, the Model parameters according to the geological and / or currently given meteorological Conditions can be selected or selected. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leckageerkennung eine Mengenbilanzierung auf der Basis der gemessenen ein- und ausgehenden Volumenströme und des aktuellen Pipeline-Volumens vorgenommen wird, wobei diese Mengenbilanzierung unter Verwendung der bestimmten Medientemperatur längs der Pipeline erfolgt, so daß Änderungen des Temperaturprofils durch Tank- oder Batchwechsel das Bilanzierungsergebnis nicht negativ beeinflussen.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for leak detection a quantity balance based on the measured and outgoing volume flows and the current pipeline volume,  this quantity accounting using the determined media temperature takes place along the pipeline, so that changes in the temperature profile by tank or Batch changes do not have a negative impact on the accounting result. 7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der indirekt bestimmten Medientemperatur längs der Pipeline, insbesondere bei hochviskosen Rohölen, der erforderliche Abstand zum Stockpunkt festgelegt wird und ein hierauf abgestellter Pipeline-Betrieb erfolgt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that by means of the indirectly determined media temperature along the pipeline, especially at highly viscous crude oils, the required distance to the pour point is determined and a pipeline operation is then carried out. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur faseroptischen Temperaturmessung längs der Pipeline dort verlegte Lichtwellenleiter- Telekommunikationskabel verwendet werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for fiber optic temperature measurement along the pipeline Telecommunication cables are used. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Modellbildung die Produkttemperatur quer zur Fließrichtung als konstant und die Temperaturgradienten in der Ebene quer zur Fließrichtung viel größer als in axialer Richtung angenommen werden und auf dieser Basis das jeweilige Temperaturfeld potentialtheoretisch geschätzt wird.9. The method according to claim 1, characterized in that for the modeling, the product temperature across the flow direction as constant and the Temperature gradients in the plane transverse to the direction of flow are much larger than in the axial direction are assumed and on this basis the respective temperature field potential theory is appreciated. 10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Echtzeit-Simulation des hydraulischen Systems der Pipeline um den ermittelten Medientemperatur-Verlauf längs der Pipeline zur Verbesserung der Aussagerele­ vanz ergänzt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the known real-time simulation of the hydraulic system of the pipeline around the determined media temperature curve along the pipeline to improve the statement element vanz is added.