DE2722953A1

DE2722953A1 - Verfahren und messvorrichtung zur ueberpruefung der auflage und/oder abdeckung einer oel- oder gas-pipeline

Info

Publication number: DE2722953A1
Application number: DE19772722953
Authority: DE
Inventors: John Blessum Dahl; Johnny Schatvet; Kristian Skarsvag
Original assignee: Institutt for Atomenergi
Current assignee: Institutt for Atomenergi
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1977-12-01
Also published as: US4146791A; DE2722953C2; GB1563540A

Description

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch Patentanwälte Diplom-Physiker

5 Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Hans Dieter Gesthuysen Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch

AnwalHakte: 43 Essen 1, Theatorplatz 3, Postf. 789

50 189/Ti-th 16. Mai 1977

Patentanmeldung
Institutt for Atomenergi
P. 0. Box 40
2007 Kjeller, Norwegen

Verfahren und Meßvorrichtung zur Überprüfung der Auflage und/oder Abdeckung einer öl- oder Gas-Pipeline.

Öl- oder Gas-Pipelines werden vielfach auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere auf dem Meeresboden verlegt, wobei in den letzten Jahren derartige Unterwasser-Pipelines in immer größeren Wassertiefen verlegt wurden.

Eine öl- oder Gas-Pipeline auf dem Meeresboden wird vorzugsweise in Sand verlegt, um eine gute Auflage zu haben und um dadurch unter anderem übermäßige Spannungen in der Pipeline unter dem

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Einfluß äußerer Belastungen zu vermeiden. An Stellen, an denen eine derartige Verlegung der Pipeline schwierig ist, beispielsweise bei felsigem Boden, wird zur Erzielung einer bestmöglichen Auflage und eines bestmöglichen Schutzes der Pipeline der Boden ausgeglichen und die Pipeline durch vorgefertigte Betonprotektoren abgedeckt. Infolge der Seebewegungen kann der Sand um die Pipeline herum fortgewaschen und die Pipeline bloßgelegt werden. Dies kann zu nachstehenden Nachteilen führen:

a) starke Spannungen in den Teilen der Pipeline, welche dem Wasser ausgesetzt sind;

b) die Möglichkeit, daß Bodennetze und Schiffsanker sich hinter der Pipeline verhaken;

c) die Möglichkeit, daß Schiffswracks die Pipeline beschädigen können.

Es war bereits immer schwierig, sicherzustellen, daß eine Pipeline einwandfrei abgedeckt und abgestützt ist, wobei die Überwachungsprobleme mit zunehmenden Wassertiefen wachsen. Bisher wurde eine derartige Überwachung beispielsweise durch Unterwasserfotografie durchgeführt. Es ist jedoch nicht immer möglich, eine zufriedenstellende Überwachung mittels visueller Einrichtungen durchzuführen, und es kann auf jeden Fall in der Praxis passieren, daß es Kaum möglich ist, die gesamte Länge einer ausgelegten Pipeline auf diese Weise zu überwachen.

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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Meßvorrichtung zur Überprüfung der Auflage und/oder der Abdeckung einer auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere auf dem Meeresboden, verlegten öl- oder Gas-Pipeline zu schaffen, mittels welchem bzw. mittels welcher eine einwandfreie Zustandsprüfung einer derartigen Pipeline in ihrer gesamten Länge ohne Schwierigkeiten durchführbar ist.

In verfahrensmäßiger Hinsicht schlägt hierzu die Erfindung vor, daß die natürliche Radioaktivität der die Pipeline umgebenden Stoffe gemessen wird und mit früheren Meßwerten der natürlichen Radioaktivität des Wassers bzw. der Auflage- und/oder Abdeckstoffe verglichen wird.

Dieses Verfahren ist besonders dann interessant, wenn Pipelines, welche in Sand verlegt sind, überwacht werden sollen.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache aus, daß der Meeresboden normalerweise eine natürliche Radioaktivität infolge Natrium -40, Uran und Thorium mit ihren Tochterprodukten besitzt. Im Vergleich zu dieser Radioaktivität ist die Radioaktivität von Seewasser, öl und Erdgas sehr schwach.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die natürliche Radioaktivität der Umgebung der Pipeline mittels einer Meßvorrichtung messen, welche durch die Pipeline hindurchgeführt wird und wenigstens einen Strahlungsdetektor aufweist.

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Die Zählrate derartiger Detektoren ist ein Maß der Radioaktivität des durch die Elektroden beobachteten Volumens, und wenn die Zählrate über geringe Zeitintervalle integriert wird, kann ein Zählprofil als Funktion der gemessenen Entfernung entlang der Pipeline gebildet werden. Ein derartiges Profil kann erstellt werden, sobald die Pipeline in Betrieb genommen wird, sodaß gleiche Messungen zu einem späteren Zeitpunkt offenbaren können, ob das Profil sich verändert hat. Jegliche Veränderung des Profils Kann einer Veränderung der Auflage und/oder der Abdeckung der Pipeline zugeschrieben werden.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird die Meßvorrichtung von dem die Pipeline durchströmenden öl oder Gas durch die Pipeline befördert. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Meßvorrichtung derart ausgebildet, daß sie die vom Strahlungsdetektor gemessenen Werte aufzeichnet.

Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung werden in der Meßvorrichtung die von einem die durchlaufenen Verbindungen der Rohrschüsse zählenden Zählgerät abgegebenen Zahlenwerte aufgezeichnet, sodaß die Laufstrecke längs der Pipeline registriert werden kann.

Um die in der Meßvorrichtung aufgezeichneten Meßwerte sammeln zu können, wird nach einer Besonderheit der Erfindung die Meßvorrichtung nach Durchlaufen der Pipeline aus derselben entfernt, und die aufgezeichneten Werte werden vor einem erneuten Einsatz gesammelt.

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Eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung des vorbeschriebenen Verfahrens ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens ein lösbar mit einem Gehäuseträger verbundenes Instrumentengehäuse aufweist.

Dabei kann diese Meßvorrichtung mit einer vom öl- oder Gasstrom beaufschlagbaren Treibmuffe versehen sein. Der Gehäuseträger der Meßvorrichtung kann Laufräder aufweisen, welche an der Innenwandung der Pipeline entlanglaufen können. Erfindungsgemäß sind diese Laufräder vorzugsweise rund um die Vorrichtung verteilt, daß eine Zentrierung der Vorrichtung in der Pipeline erzielbar ist.

Außerdem sind zweckmäßigerweise die Laufräder über federbeaufschlagte Arme derart mit dem Gehäuseträger verbunden, daß sie ständig an der Wandung der Pipeline anliegen. Nach einer Besonderheit der Erfindung ist im Instrumentengehäuse ein Strahlungsdetektor angeordnet, welcher einen die Meßwerte speichernden elektronischen Speicher speist. Als Strahlungsdetektor wird erfindungsgemäß ein plastischer Detektor oder alternativ ein NaI(Tl)-Kristall verwendet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung besitzt diese zumindest einen Satz aus vier Strahlungsdetektoren mit annähernd gleicher Leistung, welche derart über den Umfang verteilt sind, daß sie symmetrisch zur durch die Längsachse der Pipeline hindurchgehenden wagerechten bzw. senkrechten Ebene angeordnet sind. Dabei werden die Meßwerte eines jeden Strahlungsdetektors mit denen der anderen Detektoren des Satzes verglichen.

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Bei dieser Ausführung ist es nicht erforderlich, ein Zählprofil als Punktion der gemessenen Entfernung längs der Pipeline zu erstellen, wie dies eingangs erwähnt wurde. Indem die symmetrische Anordnung der Strahlungsdetektoren gegenüber der Längsachse der Pipeline ausgenutzt wird, wenn die jeweiligen Zählungen der Detektoren verglichen werden, kann die Auflage und/oder die Abdeckung der Pipeline direkt überprüft werden, selbst wenn Bezugsmeßwerte für eine adäquat abgedeckte Leitung fehlen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert; es zeigt

Pig.l ein Diagramm zur Darstellung der Impulshöhenverteilung, gemessen mit einem standardmäßigen Geometriefaktor auf Sedimentproben vom Prigg-Ölfeld in der Nordsee;

Fig.2, 3 und 4 Diagramme zur Darstellung der Anzahl der Zählungen seitens des Strahlungsdetektors als Punktion der Zählzeit unter verschiedenen Bedingungen;

Fig.5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen MeSvorrichtung; und

Fig.6- 11 Diagramme zur Darstellung der Resultate der Berechnungen mittels eines mathematischen Modells der bevorzugten Durchführungsart des erfindungsgernäßen Verfahrens.

Pig.l zeigt die Impulszahl pro Kanal und Stunde als Punktion der Impulshöhe (die Impulshöhenverteilung) für Sedimentproben vom

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Frigg-Ölfeld in der Nordsee, welche mittels eines Gammastrahlen-Spektrometers mit einem NaI(Tl)-Kristall (mit Thallium aktiviertes NaI-Kristall) als Detektor gemessen wurden. Dieses Gammastrahlen-Spektrometer sortiert die empfangenen Impulse entsprechend ihrer Impulshöhe, welche eine Funktion der Gammastrahlenenergie ist. Die eingezeichneten Symbole ST5OA, ST5OC und ST5OD bedeuten verschiedene Sedimentproben, wie sie in Tabelle V angegeben sind. Die gemessene Radioaktivität ist auf Natrium-4o, Uran und Thorium mit ihren Tochterprodukten zurückzuführen. Einige der auf dem Spiele stehenden Isotopen und die entsprechenden Gammastrahlen-Energien sind in der Figur durch Pfeile angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mittels mathematischer Modelle überprüft, um festzustellen, ob statistisch wichtige Resultate unter typischen Bedingungen für eine bestimmte Länge einer Pipeline erzielbar sind.

Dabei wurden zwei einfache Modelle entwickelt, und zwar ein Modell für einen unendlichen Block mit Abschirmung zwecks Berechnung der Intensität der Gammastrahlung unmittelbar über dem Meeresboden, und ein zylindrisches Modell zwecks Berechnung der Intensität innerhalb eines in einer Pipeline angeordneten Instrumentengehäuses.

Im ersten Fall (unendlicher Block mit Abschirmung) läßt sich die integrierte Intensität J durch folgende Gleichung ausdrücken:

-^Bn

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tg θ B e d/0 UQ₁

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im anderen Pall (innerhalb eines Instrumentengehäuses in einer Pipeline) läßt sich die integrierte Intensität J durch folgende Gleichung ausdrücken:

w __ it -m— it r\ m

nl,m J = (1//Γ)

J J

m=l

φ=0

If U _^ -B ^•/' η if *r no,m

+ S_vo r r f B„ « e

f /

φ=0 θ=0

In diesen Gleichungen bedeuten:

J Strahlungsintensität, Gammastrahlen/cm · see;

J . Quellenstärke, Gammastrahlen/cnr· see;

B ,B . Anzahl der freien Weglängen;

B,B₀ Installationsfaktor;

XpjX-i _mi^X _{c m} Integrationsgrenzen, cm;

/ö Koordinate, cm;

θ Polarwinkel;

φ Azimutwinkel.

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-ß -

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Das mathematische Modell eines Zylinders wurde durch Messungen getestet, welche mit einem Gammastrahlen-Spektrometer durchgeführt wurden, welches einen Detektor aus einem NaI(Tl)-Kristall mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 5,1 cm aufwies und axial in einem Rohr angeordnet war. Dabei wurden zwei Rohrausführungen verwendet, und zwar ein wagerechtes Rohr mit einem Durchmesser von 19,5 cm und einer Länge von 220 cm sowie ein anderes Rohr mit einem Durchmesser von 4,8 cm, welches vertikal in den Boden eingetrieben wurde. Die Resultate dieser Messungen gibt nachstehende Tabelle I wieder.

Tabelle I

Durchgeführte Messungen im Fetsund

Versuch

Schichtdicke (cm)

Integrierte Zählrate , (min"¹)

Wasser ge- korrigiert

Sediment Wasser Beton Stahl im messen in Bezug

Zylinder auf

Hintergrund

1	₁₁₇a)
2	0
3	0
4	6o^a>
5	0

250 250

53 250

c) c)

P)

c)

O	,0	ο,	4	0	2297	2191
5		3,	4	3,8	414	308
0	,0	3,	4	3,8.	io6
5	,0	3,	4	3,8	740	634
5	ι,	1	6,1	813	707

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-yb-

Darin bedeuten:

a) über dem Detektor;

b) Wassertiefe;

c) über und unter dem Detektor.

Die Versuche 1 und 4 wurden im Glomma-Fluß im Fetsund (Norwegen) durchgeführt, während die Versuche 2, 3 und 5 im Eis auf einem kleinen See nahebei durchgeführt wurden.

Die erzielten Resultate wurden nachstehenden Überlegungen unterworfen :

1) Vergleich bestimmter Zählraten-Verhältnisse, wie sie beobachtet bzw. berechnet wurden (siehe Tabelle II)j

2) Vergleich der absoluten Quellenwerte wie mittels des zylindrischen Modells berechnet (aus den Daten in Tabelle I) mit Quellenstärken, welche bei Mustern mittels eines Gammastrahlen-Spektrometers mit einem Standard-Geometriefaktor und einem J,6 cm χ 7,6 cm NaI(Tl)-Kristall als Detektor gemessen wurden (siehe Tabelle III).

Tabelle II Relative Zählraten

Verhältnis Experimentell Berechnet

K₀ 2,05 l,70^a)

K₁ 2,29 1.93

K₂ 0,29 O,34^a)

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a) Berechnet für ein Verhältnis S_VQ/S = 0,44, wobei S und S die Quellenstärken (Gammastrahlen/cnr. see) im Sediment bzw. im Beton bedeuten.

In dieser Tabelle bedeuten:

J₁)

. J₁

(2)

, und

K₂ =

⁽⁴⁾

/J

wobei J₁ für die Intensität der Gammastrahlung (Gammastrahlen/

2
cm · see) steht, der obere Index auf die Versuchszahl (siehe Tabelle 1) hinweist und die unteren Indices i = 0,1 auf die Strahlung vom Sediment bzw. vom Beton hinweisen.

Tabelle III Quellenstärken von Sediment und Beton

Quelle

An Ort und Stelle *' Standard

s' (Gammastrahlen/cm-⁵, see S_M(nCi/kg)

Sediment Sediment Beton Beton

0,73 ' O,77^c)

l,36^e)

10,1 10,6 10,4 12,4

9,2*

13,7

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a) Die Dichte des Sediments wurde mit 1,95 g/cm bei einem Wassergehalt von 20 Gew.-^ gemessen;

b) aus Versuch 1;

c) aus Versuch 4 (zusammen mit 2);

d) aus Versuch 2;

e) aus Versuch 5·

Wie die Tabellen II und III zeigen, wurden in beiden Fällen gute Übereinstimmungen erzielt.

Gleiche Messungen unmittelbar über dem Meeresboden ergaben eine gute Übereinstimmung mit dem Modell eines unendlichen Blockes.

Quellenstärken in der Nordsee wurden durch zwei Verfahren berechnet: ι

1. Durch Messungen, welche auf dem Meeresboden offshore von Yorkshire in England (J.M. Miller und G.D. Symons, Nature 242' (1973) 184 mittels des Modells für einen unendlichen Block durchgeführt wurden (siehe Tabelle IV);

2. Mit Sedimentmustern aus der Nordsee, Beton, öl und ölabfallen, gemessen mit einem Standard-Geometriefaktor (siehe Tabelle V).

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Tabelle IV Quellenstärken des Meeresbodens offshore der Yorkshlre-Küste

Bezeichnung Zählungen (s~ )^a' S,_r(Gammastrahlen S_Tt(nC,/kg)

(cnr· see))

Meereslehm 30 0,39 5,3

Meeres-Kalkstein

Schiefer mit 90 1,2 16

Kalkstein-Schicht

Meereslehm , o« _o -, ^₀

Schiefer ^1Ö° ²'³ ^

a) Gemessen mit einem 7,6 χ 7,6 cm NaI(Tl)-Detektor mit einer Beaufschlagung von 50 keV.

Tabelle V Quellenstärken von Mustern, gemessen mit Standard-Geometrie

Muster S_w(nCi/kg) S_y(Gammastrahlen/(cnr · see))

0,29 0,23 0,20 0,45 1,17 1,15

0,04 0,38

Sediment von:	4,9
Frigg	3,9
Beryl	3,5
Alwyn	7,7
Prigg (ST50A)	19,8
Prigg (ST56D)	19,5
Frigg (ST59C)	0
öl	1,3
Ül-Abfälle	4,2
Beton

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Man stellt fest, daß die jeweiligen Werte der Quellenstärken der ölfeldsedimente, v/ie sie durch die obigen Verfahren 1) bzw. 2) gefunden wurden, im wesentlichen innerhalb der gleichen Größenordnung liegen. Die Radioaktivität ist nicht meßbar bei ül und sehr gering bei ülabfällen.

Die natürliche Gammastrahlung läßt sich durch Detektoren verschiedener Typen aufspüren oder messen, doch wird vorzugsweise für diesen Zweck erfindungsgemäß ein NaI(Tl)-Kristall oder ein plastischer Scintillator verwendet. Ersterer hat eine höhere Leistungsfähigkeit, doch ist bei großen Detektoren der Unterschied relativ gering. Außerdem liefert das NaI(Tl)-Kristall etwa 3-mal mehr Licht als der plastische Scintillator bei gleicher Energiemenge. Andererseits ist der plastische Scintillator unempfindlicher und preiswerter als der Nal(Tl)-Kristall.

Mit dem zylindrischen Modell wird die Anzahl der Zählungen als Funktion der Zeit bei einer Standard-ül-Pipeline von 34" (etwa 86 cm) mit typischen Quellenstärken gemäß Tabelle IV und V berechnet und mit:

1) einem NaI(Tl)-Kristall (7,6 χ 7,6 cm) in axialer Lage,

2) einem plastischen Scintillator (Durchmesser 15>2 cm und Länge 30,5 cm) in axialer Position,

3) vier plastischen Scintillatoren in gleicher Abmessung wie vorstehend in einem Abstand von 27 cm von der Achse und mit Winkeln von jeweils 90 zwischen den einzelnen Detektoren.

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Die Vorspannung beträgt 50 keV bei der Alternative 1) und hat bei den Alternativen 2) und 3) einen Wert, welcher 70$ der Zählrate mit 50 keV entspricht. Berechnungen zeigen, daß ein Gewinnfaktor 5 bezüglich der Zählrate beim Umschalten von der Alternative 1) zur Alternative 2) erzielbar ist. Außerdem wird ein Zählratenfaktor von 1,5 gewonnen, wenn man einen Detektor aus der axialen Position in die Position 27cm von der Achse entfernt verschiebt, und ein Paktor 4 wird gewonnen, wenn man vier Detektoren anstelle eines einzigen verwendet.

Infolgedessen ist die Zählrate bei der Alternative j5) dreißigmal so hoch wie bei der Alternative 1).

Die Berechnungen wurden für einen einzigen Wert (S = 0,59 Gammast rahlen/cnr· see) der Quellenstärke in Beton durchgeführt sowie für zwei Werte der Quellenstärke im Sediment (S = 0,39 und 1,2 Gammastrahlen/cirr · see). Dabei wurden vier verschiedene Bedin- j gungen angenommen:

1) öl-Pipeline mit Betonmantel, im Meeresboden verlegt; j

2) Öl-Pipeline mit Betonmantel, frei im Wasser hängend;

3) Öl-Pipeline ohne Betonmantel, im Meeresboden verlegt;

4) Öl-Pipeline ohne Betonmantel, frei im Wasser hängend, wobei angenommen wird, daß sich dadurch der passende Strahlungshintergrund vom Detektor und Instrumentengehäuse ergibt (siehe CG. Clayton, Proc. Panel of Nuclear Techniques in Geochemistry and Geophysics, Vienna, 197²* (IAEA, Vienna, 197^) 109).

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In allen Fällen wurde eine Wandstärke von 1,4 can und einen Innendurchmesser von 20 cm für das Instrumentengehäuse angenommen .

Es kann angenommen werden, daß wichtige Resultate für eine bestimmte Leitungslänge erzielbar sind, welche im vorliegenden Fall auf 6 m festgelegt ist. Bei einer Geschwindigkeit von

3 m/sec für den Gehäuseträger entspricht diese Länge 2 see. Die erzielten Resultate sind in den Figuren 2-4 wiedergegeben.

Diese Figuren 2-4 zeigen die Anzahl der Zählungen als Funktion der Zählzeit, gemessen mit vier Strahlungsdetektoren in Form von plastischen Scintillatoren (15*2 cm Durchmesser, 30,5 cm Länge), welche bei den vier angenommenen Bedingungen 27 cm von der Achse einer Öl-Pipeline entfernt angeordnet sind (siehe Figur 5)·

j Die dünneren Linien beiderseits einer jeden dickeren Hauptlinie J stellen die Summe von drei Standardabweichungen dar. Hier werden systematische Fehler angenommen, um die gleiche Bedingung als statistische Fehler zu ergeben.

Die angenommenen Quellenstärken betragen in den Figuren 2, 3 und

4 für Sediment 0,39, 1,2 bzw. 0,20 Gammastrahlen/cm · see. Die Quellenstärke bei Beton ist in allen Figuren mit S = 0,39 Gammastrahlen/cm · see angenommen worden.

Als Ergebnis der erzielten Resultate läßt sich feststellen, daß ein 7,5 x 7,6 cm NaI(Tl)-Kristall in axialer Position (Alter-

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- rf -

native 1) nicht zwischen den vorgenannten vier Bedingungen unterscheiden kann, während ein axial angeordneter plastischer Scintillator von 15»2 cm Durchmesser und 30,5 cm Länge zwischen diesen vier Bedingungen bei hohen Quellenstärken unterscheiden kann und vier derartige Detektoren, welche 27 cm von der Achse entfernt angeordnet sind, zwischen den vier Bedingungen bei den am meisten üblichen Quellenstärken jedoch nicht bei sehr geringen Quellenstärken unterscheiden können (siehe Figur 4).

Es kann somit gefolgert werden, daß ein Detektorsystem, welches aus vier plastischen Scintillatoren besteht, zwischen bestimmten, genau festgelegten Bedingungen bezüglich der Auflage und/oder der Abdeckung von Öl-Pipelines bei typischen Quellenstärken der umgebenden Stoffe im Verlaufe eines Zeitintervalls von nur 2 see unterscheiden kann.

In einer Gas-Pipeline ist die Absorption der Gammastrahlung geringer als bei einer Öl-Pipeline, sodaß die Zählrate bei einem gegebenen Detektor entsprechend höher ist.

Eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung wird anhand des in Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiels nachstehend im einzelnen erläutert.

In dieser Figur trägt eine Pipeline 1 einen Betonmantel 2. Innerhalb dieser Pipeline ist eine Meßvorrichtung bewegbar angeordnet, weiche aus einem Gehäuseträger J> mit vier identischen Instrumen- j tengehäusen 4 besteht. Die Instrumentengehäuse sind lösbar am j Gehäuseträger mittels federbeaufschlagter Gelenkträger 5

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befestigt. Die Meßvorrichtung wird durch den Ölstrom über eine Treibmuffe 6 angetrieben. Um sicherzustellen, daß die Meßvorrichtung in der Pipeline zentriert wird, sind acht federbeaufschlagte Steuerarme 7 mit Laufrädern 8 vorgesehen, wobei diese Laufräder 8 an der Innenwandung der Pipeline entlanglaufen. Wenn die Meßvorrichtung eine Krümmung in der Pipeline durchlaufen muß, werden nicht dargestellte Druckfedern an den Steuerarmen und den Gelenkstäben 5 zusammengepreßt, sodaß verhindert wird, daß die Meßvorrichtung in der Pipeline steckenbleibt. Die Steuerarme sind an Haltern 10 und 12 befestigt, welche ihrerseits mit dem Kopf 9 oder dem rückwärtigen Teil des Gehäuseträgers verbunden sind. Der Gehäuseträger besitzt einen abnehmbaren Deckel 11.

Diese Meßvorrichtung wird in die Pipeline durch eine Abzweigleitung eingeführt, welche ursprünglich keinerlei Öl enthält. Nach Schließen des Einlaufendes der Abzweigleitung wird sie zur Pipeline hin geöffnet, sodaß die Meßvorrichtung in diese geführt werden kann.

Das Gewicht der Meßvorrichtung sollte möglichst niedrig gehalten werden, um den Verschleiß der Räder und der Pipeline durch die Räder so gering wie möglich zu halten. Bezüglich der konstruktiven Ausbildung ist es besonders sichtig, daß verhindert wird, daß diese Vorrichtung in der Pipeline steckenbleibt, da dies die schwerwiegendsten Konsequenzen für den Betrieb der Pipeline haben kann. Falls jedoch die Meßvorrichtung trotzdem in der Pipeline stecken bleiben sollte, können die verschiedenen Bestand-

; teile der Vorrichtung abgerissen und mit dem Öl- oder Gasstrom j aus der Pipeline herausgespült werden.

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Das Instrumentengehäuse ist derart ausgelegt, daß es statische

ρ
Drücke bis zu I50 kö/cm aushalten kann. Dieses Gehäuse läßt sich leicht vom Träger entfernen und die aufgezeichneten Daten können ohne Öffnen des Gehäuses gewonnen werden.

Der Dichtungszähler ist derart angeordnet, daß er jede Verbindung zwischen den einzelnen Rohrschüssen längs der Pipeline entweder mechanisch oder durch Ultraschalleinrichtungen registrieren kann.

Das Instrumentengehäuse enthält folgende Komponenten:

- einen Detektor für die Gammastrahlung, welcher aus einem NaI(Tl)-Kristall oder aus einem plastischen Scintillator bestehen kann, welcher einen Lichtimpuls für jeden zerstreuten oder absorbierten Gammastrahl abgeben kann;

- einen Fotomultiplikator, welcher einen elektrischen Impuls für jeden empfangenen Lichtimpuls erzeugt;

- einen Kombinierten Verstärker und Impulsformer, welcher diese elektrischen Impulse verstärkt und geeignet formt; j

- einen Diskriminator, welcher einen standard-elektrischen j Ausgang für jeden einen Fehlerwert (bias value) überschreitenden Eingangsimpuls erzeugen kann;

- eine Speichereinrichtung, zur Speicherung relevanter Betriebsdaten (beispielsweise der Anzahl der Ausgangsimpulse seitens des Diskriminators während einer Zählperiode und die Referenzzahl dieser Periode);

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.- eine aufladbare Batterie mit Netzteil; und

- Anschlüsse zur Abnahme der aufgezeichneten Daten vom Gehäuse.

Normalerweise wird das Instrumentengehäuse nur für die periodische Wartung geöffnet.

Alternativ können Teile der elektronischen Ausrüstung auch im
Gehäuseträger angeordnet werden. Diese Teile können dann in den Träger durch die vom Deckel 11 abgedeckte öffnung eingesetzt
werden, wobei in diesem Fall die Instrumentengehäuse elektrisch mit dem Gehäuseträger über in Fig.5 nicht dargestellte Kabel
verbunden sein müssen. Allerdings sollten wenigstens die Strahlungsdetektoren und die Fotomultiplikatoren in den Instrumentengehäusen angeordnet werden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Meßvorrichtung ist wenigstens ein Satz aus vier am Umfang verteilten Strahlungsdetektoren vorgesehen, welche symmetrisch zur wagerechten bzw. senkrechten Ebene durch die Längsachse der
Vorrichtung angeordnet sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Meßvorrichtung vorzugsweise derart in die Pipeline eingesetzt, daß die Längsachse der Vorrichtung mit der Längsachse der Pipeline übereinstimmt.

Die Meßvorrichtung ist vorzugsweise derart geformt, daß sie zur wagerechten bzw. senkrechten Ebene durch die Längsachse der

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Vorrichtung annähernd symmetrisch ausgebildet ist. Außerdem kann ein Stabilisierungsgewicht unter dem Schwerpunkt der Vorrichtung aufgehängt werden. Diese Stabilisierungseinrichtung sollte derart angeordnet werden, daß sie die aktiven Strahlungsdetektoren der Vorrichtung nicht abschirmt, sie kann jedoch andererseits auf irgendwie geeignete V/eise ausgebildet werden, um eine Verdrehung der Vorrichtung in der Pipeline zu verhindern.

Dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen MeßVorrichtung wurde mittels eines weiteren mathematischen Modells überprüft, um zu entscheiden, ob für eine gegebene Länge der Pipeline statistisch wichtige Resultate bei typischen Fällen erzielbar sind. Die Resultate dieser Berechnungen sind in den Figuren 6-11 dargestellt, wobei die Figuren 6 und 7 als Diagramm die Gammastrahlungsintensität zeigen und die Figuren 8 und 9 Anisotropien sowie Figur 10 und 11 Korrelationsquotienten zeigen.

Das vorerwähnte zylindrische Modell, welches zur Berechnung der Strahlungsintensität innerhalb einer Meßvorrichtung in einer Pipeline verwendet wurde, wird für den vorstehenden Zweck derart abgewandelt, daß die Intensität für eine arbiträre Höhe in Bezug auf den Meeresboden berechnet werden kann. Die Resultate derartiger Berechnungen sind in Figur 6 angegeben, welche die Gammastrahlungsintensität ohne Betonmantel für den unteren (N), den oberen (0), den linken (oder rechten) (V) Detektor als Funktion der Höhe der Pipeline-Achse in Bezug auf den Meeresboden zeigt. Die Quellenstärke des Seeboden-Sediments wurde mit S =1,0 Gammastrahlen/cm · see angenommen.

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Für den Fall, daß die Pipeline einen Betonmantel trägt, zeigt Figur 7 die entsprechende Intensität der Gammastrahlung vom Seeboden und die Strahlung seitens des Betonmantels (gestrichelte Linie) für den unteren (N), den oberen (0), den linken (oder rechten) (V) Detektor. Die Quellenstärke für das Sediment und den Betonmantel beträgt S_VQ = S_y =1,0 Gammastrahlen/cm-⁵· see.

Die Auflage und die Abdeckung der Pipeline läßt sich als Anisotropien der natürlichen Hintergrundstrahlung ausdrucken. Die Abwärts/Aufwärts-Anisotropie kann bestimmt werden durch

A = (N - 0) NO N + 0

In gleicher Weise läßt sich die Abwärts/ Seiten-Anisotropie bestimmen durch

A - (N - 1/2(V + H)) ^rtNV " (N + 1/2(V + H)) '

und die Seiten/Aufwärts-Anisotropie durch

Δ - (1/2(V +H)-O) vo (1/2(V + Η) + θ) '

wobei N, 0, V und H die Anzahl der Zählungen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne für den unteren, den oberen, den linken und den rechten Detektor des Satzes bedeuten.

Figur 8 (unterer Teil) zeigt die Zählraten-Anisotropien A_VQ, A_NQ und A,._nr ohne Betonmantel. Im oberen Teil der Figur ist die

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2?

Gesamtsumme der durch die unteren bzw. oberen Detektoren des Satzes ausgeführten Zählungen dargestellt, und zwar durch voll ausgezeichnete Linien, während die Gesamtsumme der Zählungen seitens der linken bzw. rechten Detektoren des Satzes durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Die dünneren Linien beiderseits der vorgenannten Linien zeigen eine Zuverlässigkeitsgrenze von 99,74 # für eine Zählzeit von 8 see bei einer Quellenstärke von S =1,2 Gammastrahlen/cm · see.

Figur 4 zeigt die entsprechenden Anisotropien bei einem Betonmantel und bei Quellenstärken von S_yo = S_y = 1,2 Gammastrahlen/ cm^· see. Alternativ können die Auflage uni die Abdeckung der Pipeline als Korrelationsquotient ausgedrückt werden, welcher sich aus folgender Gleichung ergibt:

η _ (N - 1/2(V + H)

SlVNO ~ N-O

Während die vorgenannten Anisotropien von der Quellenstärke des Sediments und des Betons abhängen, ist der vorgenannte Korrelationsquotient bei mechanischer und elektronischer Symmetrie unabhängig von der Quellenstärke innerhalb statistischer Grenzen und hängt nur von geometrischen Faktoren ab.

Der Korrelationsquotient ist als Funktion der Höhe in den unteren Teilen der Fig.10 (ohne Betonmantel) bzw. der Fig.11 (mit Betonmantel) dargestellt. Die Standardabweichung ist als Funktion der Höhe für zwei Quellenstärken im oberen Teil der Fig.10 und für vier kombinierte Quellenstärken (S_yQ; S_y ) in Fig.11 dargestellt.

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as

Die Anisotropien lassen sich zur Unterscheidung folgender Positionen der Pipeline ausnutzen:

A (kaum vom Seeboden bedeckte Pipeline);

B (Pipeline-Achse in Höhe des Seebodens);

C (auf dem Meeresboden aufliegende Pipeline);

D (über dem Meeresboden hängende Pipeline).

Der Korrelationsquotient ist unabhängig von den Quellenstärken und annähernd eine lineare Funktion der Höhe der Pipeline-Achse in Bezug auf den Meeresboden innerhalb eines dem Radius der Pipeline oberhalb und unterhalb des Meeresbodens entsprechenden Bereiches.

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Claims

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272?9

Patentansprüche:

\1_jZ Verfahren zur Überprüfung der Auflage und/oder Abdeckung einer auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere auf dem Meeresboden, verlegten Öl- oder Gas-Pipeline, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Radioaktivität der die Pipeline (1) umgebenden Stoffe gemessen wird und mit früheren Meßwerten der natürlichen Radioaktivität des Wassers bezw. der Auflage- und/oder Abdeckstoffe verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die natürliche Radioaktivität mittels einer Meßvorrichtung (3-12) gemessen wird, welche durch die Pipeline hindurchgeführt wird und wenigstens einen Strahlungsdetektor aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (3-12) durch das die Pipeline (1) durchströmende 01 oder Gas durch die Pipeline befördert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und J5> dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßvorrichtung (3-12) die vom Strahlungsdetektor gemessenen Vierte aufgezeichnet werden.

z>. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßvorrichtung die von einem die durchlaufenen Verbindungen der Rohrschüsse zählenden Zählgerät abgegebenen Zahlenwerte aufgezeichnet werden, wodurch die Laufstrecke längs der Pipeline registrierbar ist.

% L H I 1 1 S 2

ORIGINAL INSPECTED

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- 36 Jt

6. Verfahren nach Anspruch 4 und ο, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (3-12) nach Durchlaufen der Pipeline (1) aus derselben entfernt und die aufgezeichneten Werte vor erneutem Einsatz gesammelt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Satz aus vier Strahlungsdetektoren mit annähernd gleicher Leistung symmetrisch zur Längsachse der Pipeline (1) angeordnet wird und die Meßwerte eines jeden Strahlungsdetektors mit denen der anderen Detektoren des Satzes verglichen werden.

8. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens

ein lösbar mit einem Gehäuseträger (j5) verbundenes Instrumentengehäuse (4) aufweist.

9· Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseträger (3) eine vom ül- oder Gasstrom beaufschlagbare Treibmuffe (6) trägt.

10. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseträger (3) während des Transportes der Vorrichtung durch die Pipeline an deren Innenwandung anliegende Laufräder (8) trägt.

11. Meßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (8) derart rund um die Vorrichtung verteilt sind, daß eine Zentrierung der Vorrichtung in der Pipeline erzielbar ist.

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12. MeßVorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufräder (8) über federbeaufschlagte Arme (7) derart mit dem Gehäuseträger (^) verbunden sind, daß sie ständig an der Wandung der Pipeline anliegen.

IJ>. Meßvorrichtung nach Anspruch &, dadurch gekennzeichnet, daß im Instrumentengehäuse (4) ein Strahlungsdetektor angeordnet ist und durch diesen ein die Meßwerte speichernder elektronischer Speicher speisbar ist.

14. Meßvorrichtung nach Anspruch 1J>, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor ein plastischer Scintillator ist.

Ip. Meßvorrichtung nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsdetektor ein NaI(Tl)-Kristall ist.

16. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis Ij5, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest einen Satz aus vier derart über den Umfang verteilten Strahlungsdetektoren aufweist, daß diese symmetrisch zur durch die Längsachse der Pipeline hindurchgehenden wagerechten bzw. senkrechten Ebene angeordnet sind.

17. MeßVorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Längsachse annähernd mit der Längsachse der Pipeline zusammenfällt.

18. Meßνorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie annähernd symmetrisch zur durch die Längsachse der Pipeline hindurchgehenden wagerechten bzw. senkrechten Ebene geformt ist.

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19· Meßvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine unter ihrem Schwerpunkt aufgehängte Last aufweist.

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